–283

1-3-. تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن...............................................................................................6
1-4- مزایای بهرهگیری از سیستمهای استحصال آب.........................................................................................10
1-5- سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS..................................................................................................................11
1-5-1- تعریف GIS...................................................................................................................................................12
1-5-2- مزایای استفاده از GIS...............................................................................................................................12
1-6- مرور منابع .........................................................................................................................................................13
1-7- طبقهبندی روشهای استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر............................................................16
1-8- انواع سازههای استحصال آب .........................................................................................................................18
فصل دوم: مواد و روش تحقیق
2- مواد و روش تحقیق .............................................................................................................................................21
2-1- منطقه مورد مطالعه ........................................................................................................................................21
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی ...........................................................................................................................21
2-1-2- هوا و اقلیمشناسی ......................................................................................................................................21
2-2- روش تحقیق .....................................................................................................................................................22
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه ......................................................................................................22
2-2-2- تهیه نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .........................................................................................23
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه ................................................................................23
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا......................................................................................................................23
2-2-2-3- نقشه شیب................................................................................................................................................24
2-2-2-4- نقشه جهت شیب ..................................................................................................................................25
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما ..............................................................................................26
الف- بارش ....................................................................................................................................................................26
ب- رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه ...................................................................................................27
ج- رژیم حراتی ............................................................................................................................................................28
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه ......................................................................................28
2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف ........................................................................................28
2-2-3-1- مقدار بارش .............................................................................................................................................28
2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ......................................................................................................................29
2-2-3-3- شدت بارندگی .......................................................................................................................................29
2-2-3-4- رابطه ارتفاع و شدت بارش....................................................................................................................30
2-2-4- شرح تیپهای اراضی ..................................................................................................................................31
2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه سنگشناسی و حساسیت سازند به فرسایش....................................................31
2-2-5-1- چینهشناسی واحدهای رسوبی حوزه آبخیز سمبورچای ................................................................31
2-2-5-1-1- نهشتههای قبل از کرتاسه ...............................................................................................................31
2-2-5-1-2- نهشتههای کرتاسه ...........................................................................................................................32
2-2-5-1-3- نهشتههای پالئوسن- میوسن .........................................................................................................32
2-2-5-1-4- نهشتههای الیگوسن- میوسن ........................................................................................................32
2-2-5-1-5- نهشتههای کوارترنر ..........................................................................................................................34
2-2-6- تعیین نفوذپذیری خاک .............................................................................................................................34
2-2-7- گروه هیدرولوژیکی خاک ...........................................................................................................................36
2-2-7-1- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS .....................................................................................36
2-2-8- تهیه نقشه شاخص پوشش گیاهی ..........................................................................................................37
2-2-9- نقشه نوع استفاده از اراضی .......................................................................................................................38
2-2-10- تقسیمبندی حوزه به واحدهای هیدرولوژیکی و واحد کاری مناسب ............................................38
2-2-11- تعیین مساحت حوزه آبخیز سمبورچای و واحدهای هیدرولوژیک آن .........................................39
2-2-12- رتبهبندی آبراهههای حوزه آبخیز .........................................................................................................40
2-2-13- طول آبراهه اصلی .....................................................................................................................................41
2-2-14- تعیین ضریب شکل زیرحوزههای مورد مطالعه...................................................................................41
2-2-15- تعیین رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال
و 10 سال ......................................................................................................................................................................41
2-2-16- برآورد مقادیر رواناب در هر یک از واحدهای هیدرولوژیک .............................................................42
2-2-16-1- رابطه جاستین .....................................................................................................................................43
2-2-17- برآورد حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبورچای...........................................................44
2-2-18- محاسبه زمان تمرکز ................................................................................................................................44
2-2-19- نیمرخ طولی آبراهه اصلی و شیب آبراهه اصلی حوزه........................................................................46
2-2-20- برآورد دبی پیک سیلاب .........................................................................................................................46
2-3- بررسی صحت و دقت نقشهها ........................................................................................................................47
2-4- تحلیل دادهها.....................................................................................................................................................47
2-4-1- مدل وزنی طبقهبندی شده .......................................................................................................................47
2-4-2- روش مقایسه زوجی سلسله مراتبیAHP ..............................................................................................48
2-5- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب .........................................................................................51
2-6- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر .....................51
فصل سوم: نتایج
3- نتایج تحقیق و بحث در مورد آنها ....................................................................................................................53
3-1- طبقهبندی اقلیمی ...........................................................................................................................................53
3-2- نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .......................................................................................................53
3-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف .............................................................................................60
3-3-1- مقدار بارش ..................................................................................................................................................60
3-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ..........................................................................................................................60
3-3-3- شدت بارندگی ..............................................................................................................................................61
3-4- نتایج مطالعات شدت بارش ............................................................................................................................62
3-5- تیپهای اراضی .................................................................................................................................................65
3-6- نقشههای سنگشناسی و حساسیت سازندها به فرسایش .......................................................................65
3-7- نتایج مطالعات نفوذپذیری خاک ...................................................................................................................67
3-8- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS ...............................................................................................71
3-9- نقشه شاخص پوشش گیاهی .........................................................................................................................72
3-10- نتایج بررسی واحدهای کاری مناسب .......................................................................................................73
3-11- تهیه نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10
سال و مقادیر آن در هر واحد هیدرولوژیکی ..........................................................................................................76
3-12- رواناب تولیدی از واحدهای هیدرولوژیکی ...............................................................................................78
3-13- زمان تمرکز ....................................................................................................................................................80
3-14- دبی پیک سیلاب ..........................................................................................................................................81
3-15- وزندهی به پارامترها ...................................................................................................................................82
3-16- معیار الویتبندی دادهها ...............................................................................................................................82
3-17- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال رواناب .............................................................................85
3-18- حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبور چای ..........................................................................87
3-19- نقشه رواناب خالص تولیدی در منطقه ...................................................................................................89
فصل چهارم: بحث و نتیجهگیری
4-1- بحث و نتیجهگیری .........................................................................................................................................91
4-2- محدودیتهای پژوهش....................................................................................................................................94
4-3- نتیجهگیری کلی ..............................................................................................................................................95
4-5- پیشنهادات...........................................................................................................................................................96
منابع ..............................................................................................................................................................................98
پیوست ........................................................................................................................................................................103
فهرست اشکال
عنوان اشکالصفحه
شکل 3-1: نقشه مدل رقومی ارتفاعی54شکل 3-2: نقشه کلاسهبندی شیب55شکل 3-3: نقشه کلاسهبندی ارتفاعی56شکل 3-4: نقشه جهت طبقه بندی شده در 5 طبقه57شکل 3-5: نقشه کاربری اراضی58شکل 3-6: نقشه مدل رقومی بارش59شکل3-7: نقشه طبقات بارش در 5 کلاس ............................................................................................................59
شکل 3-8: نقشه مدل رقومی دمای متوسط سالانه60شکل 3-9: نقشه طبقات دمایی در 3 کلاس .........................................................................................................60
شکل 3-10: منحنی شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61شکل 3-11: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف62شکل 3-12: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..........................62
شکل 3-13: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف63شکل 3-14: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال ب ....................................63
شکل 3-15: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف63شکل 3-16: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب ..................................63
شکل 3-17: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف64شکل 3-18: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب .................................64
شکل 3-19: نقشه سازند زمین شناسی حوزه آبخیز سمبورچای67شکل 3-20: منحنی تغییرات سرعت نفوذ نسبت به زمان70شکل 3-21: سرعت نفوذ طبقهبندی شده در حوزه آبخیز سمبورچای71شکل 3-22: نقشه گروهبندی هیدرولوژیکی خاک در حوزه آبخیز سمبورچای72شکل 3-23: نقشه مقادیر NDVI در حوزه آبخیز سمبورچای73
شکل 3-24: نقشه زیر حوزهها و اطلاعات کلی حوزه آبخیز سمبورچای74شکل 3-25: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل الف76
شکل 3-26: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..................76
شکل 3-27: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل الف77شکل 3-28: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل ب ..............77
شکل 3-29: پروفیل طولی آبراهه اصلی حوزه آبخیز سمبورچای80شکل 3-30، منحنی هیستوگرام جهت طبقه بندی پتانسیل تولید رواناب86شکل 3-31: طبقه بندی اراضی برای استحصال رواناب87شکل 3-32، نقشه حجم رواناب تولیدی در هر زیرحوزه88شکل3-33: نقشه رواناب خالص89فهرست جداول
عنوان جدولصفحه
جدول (2-1): طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده.......................................................................22
جدول (2-2): مشخصات ایستگاههای بارانسنجی........................................................................................26
جدول (2-3): میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی......27
جدول (2-4): مقیاسی برای مقایسه زوجی (مالکوسکی، 1999).......49
جدول 3-1: ضرایب خشکی دومارتن و نوع اقلیم درچند ایستگاه حوزه آبخیز سمبورچای53جدول 3-2: متوسط شیب درهر زیر حوزه به درصد55جدول 3-3: متوسط ارتفاع زیرحوزهها56جدول 3-4: مساحت کاربریهای مختلف اراضی58جدول 3-5: متوسط بارش سالانه در هر زیرحوزه به میلیمتر59جدول 3-6: درجه حرارت متوسط سالانه زیرحوزههابه درجه سانتیگراد60جدول (3-7)، محاسبه متوسط بارش سالانه ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع پیرسون III103جدول (3-8) محاسبه حداکثر بارش 24 ساعته ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع گمبل I104جدول 3-9: محاسبه عددی رابطه شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61جدول 3-10: شرح تیپهای اراضی حوزه آبخیز سمبورچای65جدول 3-11: راهنمای نقشه زمینشناسی و ضریب مقاومت سنگها به فرسایش66جدول 3-12: مقادیر رطوبت اولیه خاک در محل نمونهبرداری68جدول 3-13: مقادیر سرعت نفوذ لحظهای در آقامحمدبیگلو69جدول 3-14: متوسط سرعت ثابت نفوذ در زیرحوزهها بر حسب سانتیمتر بر ساعت70جدول 3-15: گروههای هیدرولوژیکی خاک در منطقه مورد مطالعه72جدول 3-16: مقادیر متوسط NDVI در هر زیرحوزه73جدول 3-17:پراکنش وسعت واحدهای کاری حوزه سمبورچای74جدول 3-18: رده آبراههها و طول آبراهه اصلی در هر زیرحوزه75جدول 3-19: مقادیر ضریب گراویلیوس در زیرحوزه75جدول 3-20: مقدار رواناب حاصل از شدت بارشهای نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال77جدول 3-21: مقادیر حداکثر، حداقل و متوسط رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال در حوزه آبخیز سمبورچای78جدول 3-22: متوسط بارش سالانه و فصلی حوزه آبخیز سمبورچای به میلیمتر78جدول 3-23: متوسط بارش سالانه و فصلی در زیرحوزههای منطقه مورد مطالعه79جدول 3-24: ارتفاع رواناب فصلی حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب سانتیمتر79جدول 3-25: ارتفاع رواناب سالانه زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر79جدول 3-26: ارتفاع رواناب فصلی زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر80جدول 3-27: زمان تمرکز حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-28: زمان تمرکز زیرحوزههای حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-29: برآورد دبی پیک سیلاب با استفاده از روش دیکن81جدول 3-30: برآورد ضریب هر یک ازپارامترها درAHP82جدول 3-31: برآورد رابطه رگرسیونی بین جفت پارامترها83جدول 3-32: نتایج همبستگی مقایسه زوجی پارامترهای موثر در استحصال رواناب85جدول (3-33): مساحت و درصد طبقات87جدول 3-34: حجم رواناب سالانه و فصلی برای حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب مترمکعب88جدول 3-35: حجم رواناب سالانه زیرحوزهها بر حسب مترمکعب88جدول 3-36: حجم رواناب فصلی زیرحوزهها بر حسب مترمکعب .........................................................89 فصل اول
مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته

1-1- مقدمه
مراتع یکی از مهمترین و با ارزشترین منابع طبیعی تجدیدشونده میباشند که نقش بسیار مهمی در حفاظت خاک، تولید آب، تولید گوشت و مواد لبنی دارند. علاوه بر آن محصولات فرعی مرتع همچون محصولات دارویی، صنعتی، خوراکی، حفظ حیاتوحش، تلطیف هوا، پایداری محیط زیست و نیز ذخیره ژنهای گیاهی از جمله استفادههای دیگری است که ارزش حاصل از آنها به مراتب از ارزش تولید علوفه‌ بیشتر بوده است (مقدم، 1377). بنابراین توجه به استفادههای چندگانه آن از طریق افزایش تولید و کاهش تخریب مراتع با بهرهبرداری صحیح و انجام عملیات اصلاح و احیاء امری ضروری و اجتنابناپذیر است.
به دلیل واقع شدن ایران در مناطق خشک و نیمهخشک کره زمین، تأمین آب شیرین سالم و کافی همواره مشکل بوده است. این واقعیت، سختی زندگی مرتعداران و مدیریت دام و بازدهی پایین تولید علوفه در مراتع را به دنبال داشته است. در مراتع مناطق جغرافیایی خشک و نیمهخشک دسترسی به آب مهم‌ترین اولویت است. این اهمیت فقط برای مصرف گلههای دامی نیست بلکه به خاطر زیستن و بقاء مرتع داران در این مناطق جغرافیایی نیز میباشد. مالکیت و حق استفاده از منابع آبی در این مناطق حداقل به اندازه حق بهرهبرداری از مراتع دارای اهمیت است. به همین دلیل آب اساسیترین نیاز بهرهبرداران از مراتع در مناطق خشک و نیمهخشک است (ایفاد، 2004).
در مراتع و به خصوص مراتع قشلاقی کشور، بحران کمبود آب برای مصرف انسان و شرب دام همیشه وجود داشته است. به طوری که بیان میشود ظرفیت مراتع برای تغذیه احشام در بسیاری از مراتع نقاط خشک بیشتر به علت کمبود آب آشامیدنی محدود میشود تا کمبود علوفه (آکادمی ملی علوم واشنگتن، 1364). استحصال آب تمیز از بارندگیهای خیلی کم و همچنین ذخیره کردن آب جمع آوری شده در یک منبع، از مزایای روش جمعآوری رواناب به شمار میآید (پیترسون، 1366). برخی دیگر نیز به کارگیری آب باران را برای رسیدن به توسعه پایدار منابع آب لازم میدانند و استفاده از آن را یک فنآوری کوچک مقیاس اقتصادی و کاربردی میدانند که در مناطق خشک و نیمهخشک به طور معنیداری به حفظ طبیعت و اکولوژی نیز کمک میکنند (اندرو، 2000). کشور ایران در منطقهای واقع است که متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم میزان بارندگی سالیانه جهان است و میزان آن 250 میلی‌متر گزارش شده است (کردوانی، 1379؛ محسنی ساروی، 1376).
رواناب آبخیزهای مرتعی از چند جهت دارای اهمیت میباشند. رواناب وقتی که در مخازن ذخیرهای جمع میشود، آب مصرفی دام را تأمین میکند. همچنین منبع آبی برای مناطق پاییندست یا مصارف محلی، صنعتی و کشاورزی در خارج از حوزه آبخیز را فراهم مینماید. رواناب به دلیل اینکه موجب شروع فرسایش، انتقال رسوب و مواد حل شدنی در درون رودخانه یا سد میباشد دارای اهمیت است. بنابراین، رواناب بیشترین آلودگی وارد شده به مسیر آب را تولید مینماید (محسنی ساروی، 1387).
جمعآوری آب باران، با اهداف و انگیزههای گوناگونی صورت میگیرد که هدف اصلی آن، بهینهسازی و مدیریت بهرهبرداری از آب باران بر اساس نیاز و مصرف است. بدین معنی که چون باران همواره و هر روز نمیبارد و یا بارش ناکافی است، از آن بهره برد. بدین ترتیب هر جامعه و هر کشوری که در این زمینه قدمهای بزرگ‌تر و مؤثرتری بردارد، موفقتر و آبادتر خواهد بود (طهماسبی و همکاران، 1385). جمعآوری آب باران نه تنها برای تأمین آب در ایام و روزهای بدون باران است، بلکه برای کنترل جریان رودخانهها و جلوگیری از آسیب رساندن به نواحی مسکونی و زراعتی پاییندست هم صورت میگیرد. همچنین برای تولید انرژی (برق) یا پرورش آبزیان جمعآوری میشود. در بسیاری از مناطق خشک و نیمهخشک با جمعآوری آب باران و تنظیم آن در بالادست حوزههای آبخیز، برای تقویت و بهبود عملکرد محصولات دیمکاری برنامهریزی میشود. بخشی از طرحهای آبخیزداری با همین هدف و نیز حفاظت آب و خاک صورت میگیرد. به این ترتیب امکان کوتاه کردن دورههای خشک به وجود میآید و دوره خشک سه ماهه، به دو ماه یا کمتر تقلیل مییابد و صدمه وارد شده به محصول یا هر نوع پوشش گیاهی کاهش پیدا میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). امکان دارد جمعآوری آب باران برای تغذیه سفرههای آب زیرزمینی، چشمهها و قناتها باشد. برای این کار، در بالادست قنوات و چشمهها در آبراههها، با احداث بندهای کوتاه، ولی متعدد از حرکت و خروج سریع رواناب جلوگیری میشود. این سیلابها به تدریج در زمین نفوذ میکنند و باعث افزایش آب‌دهی قناتها و چشمهها میشوند و در نتیجه، از تبخیر آب و آلودگی آب جلوگیری میکنند. به علاوه افت سطح ایستایی را، که امروزه مسئله مبتلا به اکثر دشتهای کشور ما است را تا حدودی جبران میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). استحصال آب عبارتست از جمعآوری و ذخیره نمودن بارش در زمینی که در آن به منظور افزایش رواناب تغییراتی اعمال شده است (مایرز، 1964).کوریر (1973) جمعآوری آب را فرآیند جمعآوری بارش طبیعی از آبخیزها برای استفاده مفید تعریف کردند.
مفاهیم هیدرولوژیکی قرار دادی نخستین بار در سالهای 1930 و 1940 زمانی که منابع جریان بالادست رودخانهها به عنوان عاملی موثر بر جریانهای پایین دست مورد توجه قرار گرفته بودند، توسعه یافته است. از آنجایی که اغلب فعالیتهای مربوط به کاربری اراضی با سوء استفاده از منابع و اثرات منفی بر پایین دست رودخانهها همراه میباشد لذا یک مبنای مناسب برای تصمیمگیری ضروری به نظر میرسد. مفهوم سطح منبع متغیر محدوده کاملی از جریانات دامنهای را در بر میگیرد. واقعیت این است که این مفهوم یک سیستم پویا و دینامیک است که دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری میباشد و در شرایط بحرانی مختلف، وضعیتهای متفاوتی را در مسیرهای متنوع ارائه مینماید. پویایی جریانهای سیلابی تابعی از طول شیب و موقعیت گذرگاهها است. همچنین تراکم زهکشهای پویا در سطح حوزه در این امر بیتاثیر نخواهد بود به طوری که در طول یک بارش سنگین، تراکم زهکشی و طول شیب نقش فعالی را ایفا مینماید. تمام قسمتهای سطح یک حوزه آبخیز به طور مساوی در ایجاد رواناب دخالت ندارند. بسیاری از محققین درباره مفهوم سطح منبع متغیر تولید جریان رودخانهای، گزارشهای بسیاری را ارائه نمودهاند. در واقع این مفهوم فرض میکند که مناطق خاصی از سطح آبخیز در ایجاد رواناب دخالت دارند در صورتی که مناطق دیگر به عنوان مناطق تغذیه کننده و ذخیره کننده عمل میکنند (هولت، 1974). عوامل مهمی که در تعیین سطح تولید کننده رواناب دخالت دارند شامل وضعیت فیزیکی آبراهه، خصوصیات خاک و رگبار میباشد. کف درهها عموماً مناطقی هستند که در تولید رواناب دخالت دارند در حالی که سر یالها مناطق تغذیه کننده میباشند. مناطق بین کف درهها و سر یالها اغلب به عنوان مناطق دینامیکی مطرح میباشند که ممکن است در تولید رواناب یا در تغذیه آن شرکت نمایند. این مسأله بستگی به مقدار و خصوصیات موقتی رگبار، رطوبت قبلی و خصوصیات خاک منطقه دارد. میتوان گفت مناطق منبع، مناطقی هستند که پتانسیل بالایی برای تولید رواناب حتی با مقدار کمی بارش را دارند که میتوان با استفاده از سطح منبع متغیر، مناطق منبع یا مناطق تولید کننده رواناب را شناسایی و برای کنترل آلودگیها، استحصال رواناب، کودپاشی و دفع فاضلاب و مواد زائد کشاورزی استفاده کرد. همانطور که میدانیم برای حفظ کیفیت خاک در مراتع و تولید خوب علوفه نیاز به کودپاشی همواره احساس میگردد. با مشخص کردن مناطق تولید کننده رواناب میتوان مدیریت درست و اصولی را برای کودپاشی در نظر بگیریم و مناطق مورد نظر را با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. همچنین یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع و چرای بیش از حد مراتع، کمبود منابع آب در مراتع نمیباشد بلکه عدم توزیع یکنواخت منابع آبی در سطح مراتع میباشد که پس از مشخص شدن عرصههای تولید رواناب میتوان مدیریت جامعی را برای توزیع آبشخوار در مراتع انجام داد. از اهمیت دیگر تعیین سطح منبع متغیر جلوگیری از آلودگی در پایین دست حوزه آبخیز میباشد که با شناسایی مناطق منبع میتوان رواناب را در بالا دست حوزه آبخیز کنترل کرد. با دانستن این موضوع آبخیزدار قادر خواهد بود مناطقی را که میتوان با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که در آن‌ها چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. با همین روش مناطق مطمئن برای ریختن آشغال و فاضلاب، مواد زائد کشاورزی و دفن به آسانی انتخاب میشوند (محسنی ساروی، 1387).
1-2- هدف و ضرورت تحقیق:
امروزه تلاشهای بسیاری در جهت کاهش زمان و هزینههای مربوط به مکانیابی و تعیین مناطق بالقوه برای معرفی تکنیکهای جمعآوری در نواحی که نیازمند این فرآیند است مانند اکوسیستمهای کشاورزی آبی و دیم صورت پذیرفته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، رویکرد مناسبی را ارائه مینماید، زیرا این سامانه قابلیت پردازش ساختارهایی برای جمعآوری، ذخیرهسازی، تحلیل و تبدیل دادههای مکانی و زمانی را به منظور اهداف خاص را دارا میباشد (پادماواتی و همکاران،1993؛کوسکان و موساگلو،2004). پیشرفت تکنولوژیهای کامپیوتری و بستههای GIS ای، امکان ارزیابی و درونیابی دادهها را در محدودههای تخصصی به منظور مدیریت مکانی و آنالیز دادهها را برای کاربران فراهم میسازد. بنابراین ترکیبی از خصوصیات مکانی حوزهها، راندمان بالاتری را در پردازش هیدرولوژیکی منطقه به همراه دارد. بدین ترتیب پتانسیل کاربرد GIS برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی به ویژه هنگامی که دقت و صحت مدلسازی توسط برآوردهای توزیع مکانی و زمانی پارامترهای منابع آبی تحت تأثیر قرار گرفته باشد قابل ارزیابی میباشد (کلارک و گانگوداگامگ، 2001).
برای مشخص کردن مکان مناسب اجرای برنامههای مختلف با استفاده از GIS لازم است به شرایط مورد نیاز برای هر برنامه توجه شود و سپس نقشههای مختلف را با هم تلفیق کرد تا مکان مناسب اجرای طرحها مشخص شود. از اینرو انجام این پژوهش میتواند دستورالعمل مناسبی را در اختیار مرتعداران جهت تأمین آب از طریق روشهای استحصال آب باران قرار دهد. استفاده از GIS علاوه بر افزایش دقت، سبب افزایش سرعت انجام کار، تنوع و کیفیت بهتر ارائه نتایج، کاهش هزینهها، بایگانی و تکثیر راحتتر آن‌ها میگردد. بنابراین این پژوهش با اهداف زیر صورت گرفته است:
1- کارآیی GIS در مدیریت منابع طبیعی برای ذخیره ، تجزیه و تحلیل ، تلفیق دادهها و ارائه نتایج حاصل از اطلاعات، با تأکید بر ذخیره نزولات آسمانی در سطح مراتع.
2- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال آب باران در سطح حوزه آبخیز.
3- توزیع و مدیریت مناسب آب باران با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر.
1-3- تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن
در نظر عامه استحصال آب به صورت زیر تعریف میشود: جمعآوری روانابها از سطح بامها، زمینها و همچنین آبهای گذران فصلی جهت استفاده از روانابها.
جمعآوری آب باران عبارت است از مجموعه اقدامات و عملیات و فعالیتهایی که به ذخیره شدن روانابهای سطحی ناشی از بارش در داخل بانکتها، سطح تراسها و درون حوضچهها و استخرهای ذخیرهی آب برای مصارف گوناگون منجر میشود. این آب برای آبیاری محصولات و مصارف خانگی و ... ذخیره میشود تا در ایام بیباران، کمبود آب حدالامکان جبران شود (طهماسبی و همکاران ، 1385).
در تعریف جمعآوری آب باران بین متخصصان آبشناسی و آبیاری اختلاف نظر وجود دارد. بعضی از این کارشناسان حتی احداث سدهای مخزنی را هم در زمرهی کارهای جمعآوری آب باران میدانند (کلاف،1979). بسیاری از تحقیقات در هند و پاکستان و فلسطین اشغالی نشان میدهد که تلاش اصلی در این جهت است که مردم ساکنان مناطق خشک و نیمهخشک، با فناوری و روشهایی آشنا شوند که از بارندگی موجود با ایجاد رواناب بیشتر، جمعآوری مناسب، ذخیرهی سریع‌تر و عملیتر و محافظت در مقابل تبخیر و هدررفت، به آب بیشتری دسترسی پیدا کنند و امکان استمرار زندگی آن‌ها با حفظ الگوی کشاورزی و دامپروری محقق گردد (حسینی ابریشمی، 1373).
باید توجه داشت در اکثر مناطقی که آب به اندازهی کافی وجود ندارد، به دلیل تراکم کم جمعیت، زمینهای بسیاری وجود دارد، در نتیجه حداقل 5 تا 20 برابر آنچه که میتوان با آب باران موجود و آب زیرزمینی و ... به زیر کشت برد، زمین موجود است. بنابراین امکان تخصیص بخشی از اراضی برای جمعآوری رواناب و سیلاب در بسیاری از این مناطق وجود دارد (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران به روشهای گوناگونی انجام میشود. در مناطق خشک و نیمهخشک، کمبود آب با جمعآوری آب باران تا حدودی قابل جبران است، این کار شامل ایجاد رواناب، جمعآوری و ذخیره و حفاظت از آب ذخیرهشده است تا به مصرف گیاه و محصول مورد نظر برسد، یعنی از یک طرف در حد امکان در عمق ریشه و در دسترس ریشه ذخیره شود و از طرف دیگر در سطح خاک خیلی راکد باقی نماند که تبخیر شود (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران در مفهوم گسترده، کلیه روشهای مربوط به متمرکز کردن، ذخیرهسازی و جمعآوری رواناب حاصل از آب باران را به منظور مصارف خانگی و کشاورزی را دربر میگیرد (راکشتورم، 2000؛ شودرلند و فن، 2000). این سیستمها میتوانند در سه گروه عمده طبقهبندی شوند: 1- حفظ رطوبت در مکان (حفاظت آب و خاک) 2- تمرکز رواناب به منظور کشت محصولات در سطح زمین 3- جمعآوری و ذخیره رواناب از سقفها و سطح زمین (در ساختارهای مختلف به منظور مصارف خانگی و کشاورزی) (فالکن مارک و راکشتورم، 2004).
استفاده تولیدی نیز شامل تأمین آب شرب و ذخیره آن، تمرکز روانابها برای گیاهان، درختچهها و درختان و یک استفاده کمتر متداول یعنی پرورش ماهی و اردک میباشد.
واژه استحصال آب برای اولین بار توسط گدس (1963) به کار برده شد، اگر چه این واژه یک واژهی هیدرواگرونومی است، اما هنگامی که برای مهار رواناب سطحی به کار برده شود، میتوان آن را جزو واژگان هیدرولوژی به حساب آورد. علت این امر مبتنی بر توان بالقوه استحصال آب در تأمین و حفاظت آب، مهار سیلابها و فرسایش خاک است. مایرز (1975) و پاسی و کالیس (1986) بر اساس تعریف گدس، "جمعآوری و ذخیره هر نوع رواناب سطحی برای مصرف در کشاورزی" را استحصال آب نامیدهاند.
تعاریف فوق هر چند دارای مفهوم گستردهای است اما بیانگر تعریف کاملی از استحصال آب نمیباشد، زیرا جمعآوری و ذخیره روانابهای سطحی تنها نمیتواند با هدف مصرف آب برای کشاورزی و محدود به آن باشد. از این رو متخصصین زیادی سعی در ارائه‌ی تعاریف جامعتر و گویاتر بعد از تعریف ارائه شده توسط گدس نمودند. به نحوی که هر یک با هدف ویژه مورد نظر خود تعاریفی را بیان داشتهاند (اسمعلی و عبداللهی، 1389).
پاسی و کالیس (1986) با محدود کردن موضوع استحصال آب به جمعآوری آب باران و روانابهای ناشی از آن از طریق احداث سطوح آبگیر کوچک مقیاس که نزولات جوی مستقیما بر آن‌ها نازل میشود، به صورت "جمعآوری و ذخیره آب باران در محل نزول، جهت تأمین آب برای مصارف مختلف" تعریف کردهاند.
مایرز (1964) بیان داشت "به فرآیند جمعآوری و ذخیره بارش از زمینی که به منظور افزایش رواناب حاصل از باران و ذوب برف دست‌کاری شده باشد" را استحصال آب گویند.
هادسون (1981) با ارائه تعریف مشابه، استحصال آب در محل نزول ریزشهای جوی و در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی را به عنوان استحصال آب برای تأمین و حفاظت آب تلقی نموده است.
با توجه به تعاریف فوق استحصال آب مشتمل بر جمعآوری ذخیره و بهرهبرداری از آبهای جمعآوری شده است که منشأ آبهای استحصالی نیز بارشهای جوی و روانابهای ناشی از آن‌ها در اولین مراحل تشکیل و قبل از پیوستن به رودخانههای دائمی است.
الگوهای بارش در نواحی نیمهخشک از لحاظ پراکنش مکانی و زمانی، غیرقابل پیشبینی هستند. بنابراین برای دستیابی به یک مدیریت موفق، کنترل رواناب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد (امبیلینی و همکاران، 2000). گذشته از این، با توجه به اینکه در چنین مناطقی، حجم اندکی از بارندگی به ناحیه ریشه میرسد، تولید ضعیف محصول و حتی در برخی موارد، عدم موفقیت محصول میتواند از جمله عوامل محدود کننده در چنین مناطقی باشد که استحصال آب از رواناب باران می‌تواند به مشکل کم آبی در منطقه کمک کند (راکشتورم ،2000). مورد دیگر مربوط به توزیع بارندگی میباشد. توزیع بارندگی فرآیندی در خصوص تکرار بارش در فصل خشک میباشد که در چنین مناطقی قابلیت دسترسی آب در خاک در طول فصل رشد، ضعیف میباشد (راکشتورم، 2000). این امر موجب کاهش پتانسیل تولید محصول و در شدتهای زیاد موجب افزایش خطر نابودی محصول میگردد. به این ترتیب کنترل و جمعآوری رواناب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا حجم رواناب دریافتی میتواند به طور موثری برای حمایت از محصولات کشاورزی طی یک روش محیطی و اقتصادی مناسب، بهرهبرداری گردد (زیادت و همکاران، 2006).
این واقعیت که بارش باران در مناطق خشک و نیمهخشک بسیار ناچیز است و یک میلی‌متر آب ذخیره شده برابر یک لیتر در مترمربع است. اهمیت ذخیرهی آب، جدا از مقدار آب جمعآوری شده، مشخص میشود. از میان سه عامل خاک، آب و انرژی خورشیدی، آب مهمترین عامل محدود کننده تولیدات گیاهی در مناطق خشک است. در بسیاری از نقاط کشور به علت عدم وجود منابع با کیفیت مناسب آب، زندگی و حیات عدهی زیادی از مردم به بهرهبرداری از رواناب و استحصال آب بستگی دارد. به عنوان مثال در منطقه چابهار جمعیتی معادل 338407 نفر از طریق استفاده از رواناب و سیل که با مشارکت اهالی احداث شده، به حیات خود ادامه میدهند (ازکیا، 1374). در شهرستان بیرجند، 82 هزار هکتار اراضی دیم گندم با استفاده از آب باران و بندسار به وجود آمده است. در گناوه حوزه آبخیز درهی گپ، با استفاده از بندسارها به کشت خرما اشتغال دارند (صفاری، 1383). در کل منافعی که مردم از جمعآوری آب دارند، بر زندگی اجتماعی و اقتصادی آن‌ها موثر است و نقش کلیدی در احیا و جلوگیری از تخریب زمینها توسط فرسایش آبی و بادی و ایجاد زمینهای بایر دارد.
هنگامی که استحصال آب برای ذخیرهسازی آن در توده خاک مد نظر باشد، در این صورت سهولت دسترسی گیاهان به آب را دنبال خواهد داشت. نتایج تحقیقات انجام شده بر این نکته تاکید دارند که میزان آب موجود در پروفیل خاک، به ویژه در عمق سطحی خاک، تابعی از رطوبت موجود در عمقهای زیرین است و استحصال ریزشهای جوی در محل نزول، عامل اصلی در افزایش رطوبت مورد نیاز گیاهان در محل استقرار آن‌ها تلقی میشود. این موضوع در شرایطی که میزان بارندگی در فصل رشد گیاهان کافی نباشد، از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و ذخیره رطوبت در خاک در فصول پرباران تا حد قابل توجهی نیاز گیاهان را تأمین میکند (راویتز و همکاران، 1981).
در انتخاب روش، قبل از هر چیز جنبههای فرهنگی و اجتماعی باید مورد توجه قرار گیرد، زیرا در موقعیت و شکست فنآوریها اثر میگذارد. از این رو باید به خواستها و علائق مردم و همچنین هزینههای لازم توجه خاص به عمل آید. علاوه بر ملاحظات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی، در یک برنامه استحصال آب رعایت جنبههای فنی که باعث پایداری میشود، از اهمیت والایی برخوردار است و باید مورد توجه قرار گیرد.
با توجه به اهمیت جمعآوری آب باران در ایران و استفاده از آن در کشاورزی و شرب به چند نکته اشاره میکنیم:
1- هدر رفتن 40 تا 50 میلیارد متر مکعب در سال از آبهای سطحی کشور.
2- فروکش کردن سطح سفره آب زیرزمینی و ضرورت تغذیه بیشتر آن.
3- شور شدن اراضی در بعضی از مناطق مثل خوزستان که رواناب کشور به دلیل جمعآوری نشدن در بالا دست، به آن مناطق سرریز و باعث شور شدن اراضی میشود.
4- ضرورت ایجاد اشتغال در حوزه کشاورزی و منابع طبیعی کشور و تأمین آب در حکم اولین عامل مورد نیاز و اولین عامل امکانسنجی.
5- ضرورت افزایش سرانه پوشش جنگلی که در جهان 7/0 تا 8/0 هکتار برای هر نفر و در ایران 2/0 یا کمتر از آن برای هر نفر است.
6- حفاظت خاک و حفظ حجم مفید مخازن سدهای ساخته شده و در دست احداث.
7- عقب بودن سیستم شبکههای آبیاری و زهکشی، به طوری که از حدود 26 میلیارد مترمکعب جمعآوری شده به کمک سدها، تنها 6 میلیارد مترمکعب در سیستمهای مهندسی آبیاری و زهکشی جریان مییابد.
8- وسعت کشور و اهمیت حفاظت آن در همه مناطق مستعد از نظر بهرهبرداری و مسائل امنیتی.
9- اهمیت سرمایهگذاریهای کوچک با جمعآوری آب باران، به خصوص در مناطق محروم.
10- اهمیت جمعآوری آب از نظر مسائل زیست محیطی تا بسیاری از آلودگیهای وارد شده به سدها را کنترل کند. مثال بارز این آلودگی، سد قشلاق سنندج است که در اثر جریانهای فصلی، آلوده شدهاست.
11- کنترل و مهار رواناب برای کنترل سیلاب و کاهش خسارتهای وارد شده به اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی و ساختمانها و تأسیسات راهها.
1-4- مزایای بهرهگیری از سیستمهای استحصال آب
تحقیقات نشان داده است که اگر از سیستمهای بومی موجود استفاده شود و اطلاعات جدید به استفادهکنندگان انتقال یابد و انجام روشها هدفمند باشد، به بهینهسازی مصرف آب کمک میکند (اسمعلی و عبداللهی، 1389) به طوری که:
برای بیابانزدایی نیازمند به برنامهریزی دراز مدت است. با احیا و توسعهی سیستمهای استحصال آب، بین مقابله با بیابانزایی و توسعه استفاده از منابع آب، هماهنگی به وجود میآید.
باعث هماهنگی بین منافع اکولوژیکی، اقتصادی و اجتماعی میشود. زیرا که به افزایش پوشش گیاهی، بهبود وضع معیشتی و ایجاد مشارکت و همدلی بین مردم میانجامد.


با اجرای این شیوه یک مدیریت تدریجی در منابع حاصل میشود.
انجام پروژه به خودکفایی و احیای اقتصادی منجر و باعث تداوم برنامهها و مدیریت بیشتر میشود.
از تخریب مراتع و فرسایش خاک جلوگیری میشود.
راندمان استفاده از منابع افزایش مییابد.
اراضی تخریب یافته و زمینهایی که منشا رسوباند، با هزینه کمی احیا میشوند.
برداشت از سفرههای زیرزمینی کاهش یافته و بین برداشت و تغذیه هماهنگی به وجود میآید و روند شوری کاهش مییابد (به واسطهی استفاده از آب با کیفیت بالا).
1-5- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
برنامهریزی جهت انجام هر کاری نیازمند داشتن اطلاعات مربوط به آن است که این نیازمندی برای استفادههای انسان از سرزمین نیز صادق است. بدون داشتن اطلاعات مربوط به منابع اکولوژیکی اساساً نمی‌توان بخشهای دیگر فرآیند برنامهریزی استفاده از سرزمین را انجام داد. گردآوری اطلاعات در ابتدا با آماربرداری و نمونهبرداری از منابع انجام میشد، اما برنامهریزی دقیق و بهتر نیازمند اطلاعات مکانی از منابع یا اطلاعات فضایی منابع میباشد که آن را برنامهریزی با نقشه میگویند. سیستم اطلاعات جغرافیایی در دهه 1970 برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از دادههای جغرافیایی توسعه یافتند. مرور علمی بر به کارگیری GIS در جهان نشان میدهد که طراحی و توسعه این سامانه در سال 1963 در کانادا آغاز شد و در سال 1965 به صورت اجرایی در آمد. اولین نمونه GIS در کشور کانادا تحت عنوان CGIS نامیده شد. در حال حاضر این سیستم در بسیاری از کشورهای جهان به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. گستردگی مفهوم و زمینههای کاربرد این سامانه موجب شده است تا واژهGeo Information Sys-- نیز به آن اطلاق و به طور روزافزونی در منابع علمی مورد استفاده قرار میگیرد. لازمه استفاده از GIS داشتن دانش کافی از مبانی، اصول و سازماندهی آن است و نیز آگاهی از قابلیتها و محدودیتهای آن میباشد (مخدوم، 1380).
1-5-1- تعریف GIS
برای GIS تعاریف مختلفی ارایه شده است که به برخی از آن‌ها اشاره میگردد:
مجموعهای از ابزارهای قوی برای گردآوری، ذخیرهسازی، بازخوانی، تغییر شکل و نمایش دادههای مکانی مربوط به جهان واقعی و برای اهداف مشخص میباشد (بوروغ، 1996).
GIS یک سیستم کامپیوتری برای ورود، ذخیرهسازی، بازیابی، آنالیز و نمایش دادههای مکانی است (کلارک، 1986).
به طور کلی GIS برای جمعآوری و تجزیه و تحلیل دادههایی استفاده میشود که موقعیت جغرافیایی آن‌ها یک مشخصه اصلی و مهم محسوب میشود. وظایف یک GIS در چهار گروه کلی شامل کسب، نگهداری، تجزیه و تحلیل و تصمیمگیری میباشد. GIS میتواند به عنوان ابزار سودمند و مفید در جهت نیل به اهداف خاص مورد استفاده قرار بگیرد، همچنین این سامانه میتواند به عنوان واسطه و پلی بین اطلاعات خام و مدلهای جمعآوری رواناب جهت خروج مطمئن دادهها و پردازش آن‌ها به کار گرفته شود، که این سامانهها دارای دو ویژگی هستند:
- ایجاد ارتباط دو طرفه بین اجزای نقشه و دادههای مربوط به آن‌ها در پایگاه دادهها.
- انجام تحلیل بر اساس دادههای موجود و اجرای مدلهای مختلف در منطقه مورد بررسی و کمک به پژوهشگران در ایجاد مدلهای نوین و منطبق با ویژگیهای محل.
1-5-2- مزایای استفاده از GIS
با استفاده از محیط GIS و امکانات نرمافزاری و سختافزاری این سیستم و همچنین با پیاده کردن راهحلهای ریاضی و منطقی در GIS میتوان مدلهای تجربی را به صورت رقومی در یک چارچوب قابل پردازش ارائه کرد.
ویژگی بارز و با ارزشی که GIS را از دیگر سیستمهای اطلاعاتی جدا میسازد، توانایی به کارگیری توأم دادههای مکانی و توصیفی است. توانایی مدیریت عوارض جغرافیایی با مقیاسهای مختلف، از ابزارهای دیگر GIS است که در علوم مختلف کاربرد فراوان دارد.
از نکتههای بسیار مهم در به کارگیری GIS، محاسبه ارزشهای وزنی برای عوامل مختلف حوزه آبخیز است. علاوه بر این GIS به هنگامسازی دادههای وارد شده را در هر زمان امکانپذیر میسازد. بدین ترتیب در صورت هر گونه تغییر در سیمای طبیعی زیرحوزهها، با دخالت آن‌ها میتوان نتایج جدیدتر را اخذ کرد.
1-6- مرور منابع
آکادمی ملی علوم واشنگتن (1985) نشان داد که بهبود منابع تأمین آب شرب در مراتع نیمهخشک یا نقاط دوردست حوزه آبخیز، ارزش چراگاهی آن‌ها را بالا میبرد و استفاده کاملتر از علوفه آن‌ها را امکانپذیر میسازد.
ریسزوو همکاران (1991) نسبتهای مختلف سطح جمعآوری کننده آب باران به سطح زیر کشت را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند عملکرد محصول با نسبت 1 به 1 در مقایسه با شاهد 71/1 برابر عملکرد محصولات غلات شده است.
بور (1994) با انجام آزمایشاتی در پاکستان، سیستم جمعآوری آب باران برای درخت پسته، سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب باران را برای منطقهای با بارش متوسط سالانه 240 میلی‌متر، 40 متر مربع ذکر کرده است.
گوپتا (1994) اثر اقدامات و عملیات استحصال آب باران را برای گیاه Neem در مناطق بیابانی هند را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفت که تولید بیوماس گیاه Neem تا 4 برابر و از 69/1 تن در هکتار به 3/6 تن در هکتار رسید.
بور و بنعاشر (1996) تحقیقات مشابه را در فلسطین اشغالی و نیجر برای محصولات مختلف انجام دادهاند و سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب و مقدار تلفات نفوذ عمقی در سالهای پرباران، با باران متوسط را محاسبه کردهاند.
اسچیتکاک و همکاران (2004) تأثیر تکنیکهای جمعآوری آب با حفظ آب و خاک در جنوب استرالیا را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که به ویژه در سالهای خشک در حوزه ایمپلوویوم میتوان آب مورد نیاز برای آبیاری تکمیلی را برای کشت درخت زیتون فراهم کنند به شرط آنکه با توجه به بارش متوسط 235 میلی‌متر، نسبت حوزه آبخیز به تراسهای جمعآوری کننده رواناب حداقل 4/7 باشد.
وینار و همکاران (2005) به بررسی پتانسیل حوزه آبخیز توکلا در جنوب آفریقا برای جمعآوری آب باران از طریق GIS پرداختند و به این نتیجه رسیدند که 18 درصد از منطقه پتانسیل بالایی برای تولید رواناب دارد.
ذاکاری و همکاران (2007) به مقایسه مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) و مدل ابزار یا ارزیابی آب و خاک با سطح منبع متغیر (SWAT-VSA) به پیشبینی رواناب در منطقه کانونسویل در شمال نیومکزیکو پرداختند. آنها همچنین رواناب لحظهای، رواناب سطحی و سفره آب زیرزمینی که در سطح بالاتر از دیگر سفرههای آب زیرزمینی قرار گرفتند را نیز با استفاده از دو مدل فوق مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسیدند که مدل تلفیقی SWAT-VSA پیشبینی بهتری را انجام میدهد. آنها همچنین نتیجه گرفتند که مدل SWAT-VSA جهت ارزیابی و راهنمایی و مدیریت منابع آبی کاربردیتر است و میتواند به طور دقیقتری پیشبینی کند که رواناب از کجا آغاز میشود تا به صورت بحرانی تحت مدیریت قرار بگیرد.
شیائو و همکاران (2006) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی را برای کشت گندم در بهار در هایونچین را مورد ارزیابی قرار داده و نشان دادند که استفاده از آب ذخیره شده برای آبیاری تکمیلی برای کشت در فاروهای بین خطالرأسها 5/5 تا 8/5 درصد بوده است ولی در کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها 4/9 تا 6/9 درصد بوده است. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که با استفاده از آب باران جمعآوری شده میتوان میزان آب استفاده شده در روش کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها را 40/4 درصد در مقابل کشت در فاروها بهبود بخشید.
امبیلینی و همکاران (2007) به مکانیابی مناطق دارای پتانسیل خوب برای جمعآوری آب باران پرداختند و به این نتیجه رسیدندکه 6/23 درصد از حوزه آبخیز ماکانیا در منطقه کلیمانجارو تانزانیا بسیار مناسب برای جمعآوری آب باران میباشد.
ونگ کاهیندا و همکاران (2007) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی به منظور افزایش بهرهوری کشاورزی وابسته به باران در مناطق نیمهخشک زیمباوه را بررسی و نتیجه گرفتند که آبیاری تکمیلی ریسک ناشی از شکست کامل محصول از 20 درصد را به 7 درصد کاهش داده و تولید آب از رواناب باعث افزایش تولید محصول از 75/1 کیلوگرم در مترمکعب به 3/2 کیلوگرم در مترمکعب با توجه به کاهش بارندگی درون فصلی شده است.
استورم و همکاران (2009) اقتصادی بودن برداشت آب باران به عنوان منبع آب جایگزین در سایت روستایی در شمال نامبیا را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق که سقف آهنی موجدار پشت بامها به عنوان مناطق جمعآوری آب باران استفاده شده به این نتیجه رسیدند که این سیستمها از نظر اقتصادی امکانپذیر میباشند.
اسماعیلی (1997) اثر روشهای مختلف استحصال آب باران در عرصههای منابع طبیعی تجدید شونده در آذربایجان شرقی را مطالعه کرده و نتیجه گرفت که این روشها باعث افزایش سبز شدن بذور مرتعی تا میزان 5 برابر شده است.
گازریپور (1997) جمعآوری آب باران برای کشت درخت بادام در منطقهای با بارندگی سالانه 200 میلی‌متر را بررسی کرده و نتیجه گرفت در حوضچههایی با شیب 2 تا 5 درصد، عملکرد بادام تا 40 درصد نسبت به سطح شاهد افزایش داشته است.
طهماسبی و همکاران (1384) رابطه مشخصات اقلیمی، خاک و نیاز آبی ذرت علوفهای (SC 704) در منطقه لشگرک برای طراحی سیستم جمعآوری آب باران در مناطق خشک و نیمهخشک را مورد بررسی قرار دادند و با توجه به دوره رشد گیاه، نیاز آبی، عمق خاک و عمق ریشه نسبت سطح جمعآوری کننده رواناب به حجم مخزن یا استخرهای سرپوشیده مورد نظر برای تأمین حداقل یک سوم تا حدود دو سوم آب مورد نیاز گیاه به ترتیب در سالهای خشک و سالهای پرباران را محاسبه کردهاند.
طهماسبی و رجبیثانی (1385) جمعآوری آب باران در عرصههای طبیعی را راهحلی برای رفع مشکل کم آبی در مناطق خشک و نیمهخشک دانسته و بر اساس مطالعهای که در حوزه آبخیز لتیان انجام داد مناسبترین سطح جمعآوری کننده رواناب برای گیاهان مختلف و نیاز آبی معین را بدست آورد و با انجام پژوهشی مشخص شد چنانچه بخشی از آب باران در استخری ذخیره شود امکان توسعه سطح زیر کشت درختان در مناطق خشک و نیمهخشک وجود دارد.
صادقی و همکاران (1385) به مقایسه دیمزارها و مراتع فقیر در تولید رواناب و رسوب در تابستان و زمستان را با استفاده از بارانساز مصنوعی در حوزه گرگک در استان چهار محال بختیاری انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که میزان رواناب و رسوب در فصل تابستان در مراتع فقیر در سطح اعتماد 99 درصد بیشتر از دیمزارها میباشد در صورتی که در فصل زمستان تولید رواناب و رسوب در دیمزارها در سطح اعتماد مشابه بیشتر از مراتع فقیر میباشد.
مدیریت منابع تجدیدشونده و توسعه پایدار امروزه نیازمند مناسبترین و سریعترین روش تهیه و تلفیق اطلاعات جهت مدیریت بهینه و برنامه‌ریزی‌های خود میباشد. در این زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) میتواند این نقش را به خوبی به عهده گیرد (نامجویان، 1381).
1-7- طبقهبندی روشهای استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر
با توجه به منشأ اصلی آب، سامانههای سطوح آبگیر باران به چهار گروه به شرح زیر تقسیم میشوند (ریج و همکاران، 1987):
الف- سامانه ویژهی استحصال آب رودخانههای دائمی و فصلی.
ب- سامانه ویژه استحصال آب از منابع زیرزمینی و روانابهای زیر قشری.
ج- سامانههای ویژه استحصال مستقیم آب باران در محل نزول و یا در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی و ورقهای شکل.
د- سامانه ویژهی استحصال تندآبها و سیلابها به صورت روانابهای سطحی متلاطم و متمرکز در پای دامنههای شیب‌دار، خشکهرودها، آبراههها و مسیلها.
افزون براین، سامانههای سطوح آبگیر باران را میتوان از لحاظ موقعیت محل استقرار، نوع تیمارهای مصنوعی در سطوح آبگیر، شکل ظاهری، چگونگی عملکرد، کاربرد و نوع رواناب (از لحاظ عمق و حجم جریان آب) به شرح زیر طبقهبندی کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):
الف- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح تیمار شده (مصنوعی)، شامل:
الف-1- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیرهی آب جهت مصارف شرب و خانگی.
الف-2- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیره رطوبت در پروفیل خاک جهت زراعت، درختکاری و احیای پوشش گیاهی در مراتع از طریق استحصال مستقیم ریزشهای جوی در محل نزول و یا روانابهای سطحی و ورقهای.
ب- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح آبگیر طبیعی شامل:
ب-1- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای نسبتاً متلاطم برای آبیاری تکمیلی و یا زراعت سیلابی از طریق ذخیره رطوبت در پروفیل خاک و یا تغذیه مصنوعی آبخوانهای نیمهعمیق و استحصال آب از طریق چاههای دستی.
ب-2- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم از طریق ذخیره آب در حوضچهها و مخازن سطحی، جهت تأمین آب شرب دامها و آبیاری تکمیلی.
ب-3- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم پرحجم با هدف پخش سیلاب جهت زراعت نیمهدیم، احیای پوشش گیاهی در مراتع، ایجاد مراتع مشجر و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
ب-4- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای سطحی با سطوح آبگیر تلفیقی (مصنوعی و طبیعی) جهت ذخیره رطوبت در پروفیل خاک برای زراعت، احیای مراتع، تغذیه آبخوانهای نیمه عمیق و یا ذخیرهسازی آب جهت مصارف مورد نظر.
ج- سامانههای سطوح آبگیر باران زیرزمینی، شامل:
ج-1- سامانههای کاریز یا قنات.
ج-2- سامانه چاه افقی.
علاوه براین، برخی از متخصصین استحصال آب، سامانههای سطوح آبگیر باران را از نظر شکل و کاربرد به گروههای متفاوتی تقسیم کردهاند. به نحوی که در این خصوص مهمترین تقسیمبندی انجام شده شامل موارد زیر است(اسمعلی و عبداللهی، 1389):
1- سامانههای سطوح آبگیر باران مصنوعی جهت جمعآوری آب برای تأمین آب شرب انسان و دام و مصارف خانگی.
2- سامانههای سطوح آبگیر مصنوعی و تیمار شده جهت جمعآوری آب برای تأمین آب کشاورزی و ذخیره رطوبت در پروفیل خاک با هدف احیای پوشش گیاهی در مراتع و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
لازم به توضیح است که منظور از سطوح آبگیر تیمار شده، سطوح آبگیری هستند که با انجام یک سری اقدامات نظیر تسطیح، جمعآوری سنگریزه و بقایای گیاهی، کوبیدن و فشردن خاک، سنگفرش و ایجاد سطح غیرقابل نفوذ با استفاده از مواد شیمیایی، سیمان، مالچهای نفتی و ... آماده میشوند.
1-8- انواع سازههای استحصال آب
به طور کلی انواع سازههای استحصال آب باران را میتوان به شرح زیر بیان کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):
1- بند مخزنی: روش جمعآوری آب به وسیله بند به شکل گسترده در بسیاری از مناطق کشور رواج دارد. با وجود این، متاسفانه آموزش افراد بومی در مهارتهای تکنیکی همگام با اجرای این فن پیش نرفته است، در نتیجه نگهداری و بهرهبرداری از مخازن بیشتر به عهدهی سازمان مرکزی حکومت است.
2- بند رسوبگیر و تنظیمکننده: ثابت شده است در نواحی خیلی خشک، رسوبگیرها موثرتر و قابل اعتمادتر از سیستمهای دیگر جمعآوری آب هستند. با وجود این، کم بودن حجم ذخیره رسوبگیرها ممکن است مانعی برای استفاده از این روش در کشاورزی روی زمینهای وسیع باشد.
3- حفیره: حفیره را میتوان به آسانی طراحی و ساخت. به طوری که این گونه مخازن قادرند با غرقاب کردن زمین، حجم نسبتا زیادی آب را ذخیره کنند. در مناطق نیمهخشک استفاده از حفیره به خاطر سهولت احداث و به کارگیری آن در سیستمهای یکپارچه برای محصولات و کاشت گیاهان مرتعی مناسبتر است.
4- هوتک: هوتکها در اساس پشته خاکی کوچکی است که در قسمتهایی که سیلاب جاری میشود ساخته میشود (کوثر، 1374).
5- خوشاب: در بخش جنوبشرقی ایران این سیستم سنتی به منظور زراعت سیلابی به کار گرفته شده است.
6- سازههای مهندسی: این سازهها دایرههای کوچک یا مربع در روی زمیناند که با ملات آهک و یا سیمان و آهک و ماسه معمولی و ... ساخته میشوند و با به کارگیری آهن و شبکههای آهنی، ورودی و خروجی آنها محافظت میشوند.
7- سازههای تراوشی: یک روش بینظیر ذخیره آب و حفظ رطوبت در پروفیل عمیق و مناسب خاک است که توسط موانع طبیعی حوزهی آبخیز احاطه شدهاند. در این سیستم، رواناب بالادست و سطوح سنگی، در پایین درهها و موانع متوالی جمع میشود و برای ایجاد زراعت در سطح آنها استفاده میشود.
8- سازههای عرضی: که شامل احداث سازههای عمود بر جهت جریان است که یک مقطع خاکریزی همراه با سرریز بوده و برای نگهداشت آب به منظور غرقاب کردن اراضی بالادست در طی فصل بارانی به کار میرود.
9- آهار: در واقع مجموعهای از خاکریزهای به ارتفاع 3 مترند که در اراضی با شیب بسیار کم بر روی خطوط تراز احداث میشوند و طول خاکریزها در برخی موارد به چندین کیلومتر میرسد.
10- آبانبار: روشی برای دسترسی و استفادههای مستقیم از آبهای زیرزمینی است. در آبانبار به جای اینکه با احداث چاه، آب را توسط وسایلی به سطح زمین برسانند با احداث پلههای زیرزمینی، مستقیما به سراغ آن میروند.
11- تورکینست: یک نوع سازهی آبخیزداری است که عموما برای مناطق کم شیب به منظور ذخیره و جمعآوری آب باران و سیلاب احداث میشود. شکل معمول تورکینست دایرهای متمایل به بیضی است.
فصل دوم
مواد و روشها
2- مواد و روشها
2-1- منطقه مورد مطالعه
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی
حوزه آبخیز سمبورچای با مساحت 3/748 کیلومترمربع درشمال استان اردبیل و به دلیل وسعت زیاد، به مقدار 94/72 درصد برابر 07/544 کیلومترمربع در محدوده شهرستان گرمی (مغان)، 68/19 درصد برابر 92/147کیلومترمربع از جنوب در محدوده شهرستان مشگینشهر و 37/7 درصد آن برابر 29/56 کیلومترمربع از شمال در محدوده شهرستان بیلهسوار قرار گرفته است و از نظر موقعیت جغرافیایی بین 14،19،47 تا 59،55،48 طول شرقی (E) و 18،6،37 تا 39،42،39 عرض شمالی (N) واقع شدهاست.
حداکثر ارتفاع حوزه آبخیز 2244 متر در جنوب غربی و حداقل ارتفاع در خروجی آن برابر 320 متر از سطح دریا می‌باشد که به رودخانه دره رود منتهی میشود.
2-1-2- هوا و اقلیم شناسی
این منطقه دارای آب و هوای نیمهخشک است. بارشهای سالانه ایستگاههای موجود در منطقه، در یک دوره مشترک 12 ساله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند. به منظور تجزیه و تحلیل بارش منطقه، از آمار بارش ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است که در نهایت 12 ایستگاه بارندگی از سازمان هواشناسی کشور را شامل میشود. بر اساس مجموعه آمار ایستگاههای موجود، متوسط بارندگی سالانه 236 میلی‌متر است که از 291 تا 386 میلی‌متر تغییر میکند. در این تحقیق صرفاً از آمار بارش سازمان هواشناسی کشور استفاده شد که این امر به دلیل طول مناسب دوره آماری، همگن بودن و کیفیت خوب آن‌ها میباشد. در بررسی اقلیم منطقه از روش دومارتن اصلاح شده استفاده شده است. جدول 2-1، طبقهبندی اقلیم را در روش دومارتن اصلاح شده نشان میدهد.
رابطه 2-1 A= PT+10که در آن: Ai، شاخص خشکی (ضریب خشکی)؛ P، متوسط بارش سالانه (میلی‌متر)؛ T، متوسط دمای سالانه (درجه سانتیگراد) میباشند.
جدول 2-1: طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده
>55 55- 33 33- 28 28- 24 24- 20 20- 10 10- 0 مقادیر Ai
بسیار مرطوب ب بسیار مرطوب الف مرطوب نیمه مرطوب مدیترانه‎ای نیمه‎خشک خشک اقلیم
2-2- روش تحقیق
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه
جمعآوری اطلاعات، گزارشهای مطالعاتی و پژوهشهای قبلی انجام یافته در رابطه با موضوع تحقیق و مطالعه و بررسی آن‌ها:
1- در این مرحله اقدام به جمعآوری پژوهشهای قبلی گردید و نیز دادههای پایه با استفاده از مطالعات انجام شده توسط سازمانها و ادارات مربوطه تهیه شد. جمعآوری آمار و اطلاعات مختلف حوزه آبخیز از جمله: شدت بارندگی، دمای هوا و ارتفاع از طریق اداره هواشناسی استان اردبیل صورت گرفت.
2- بررسی موقعیت، وضعیت عمومی، زمینی و اقلیمی منطقه مورد مطالعه.
شناخت منطقه یکی از موارد مهم در مطالعات استحصال رواناب است که قبل از انجام مطالعات، موقعیت جغرافیایی، وضعیتهای عمومی پستی و بلندی، زمینی و نیز اقلیمی مورد بررسی قرار گرفت.
3- انتخاب و تهیه نقشههای پایه از منطقه تحقیق شامل توپوگرافی، زمینشناسی، کاربری اراضی، خاکشناسی و قابلیت اراضی با توجه به نیاز ضروری انجام طرح.
نقشههای توپوگرافی مورد نیاز طرح، با توجه به وسعت منطقه و دقت مورد نیاز با مقیاس 50000 :1 سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نقشههای زمینشناسی با مقیاس 100000 :1 سازمان زمینشناسی کشور تهیه گردید. به علت عدم وجود سایر نقشههای مورد نظر طرح، اقدام به تهیه آن‌ها از روی عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای گردید.
4- تهیه و تامین عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای منطقه و انجام مطالعات سنجش از دور برای کسب اطلاعات مورد نیاز و تهیه نقشههای ضروری مورد نیاز طرح.
عکسهای هوایی 20000 :1 سال 1347 از طریق سازمان نقشهبرداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نیز تصاویر ماهوارهای لندست TM و ETM+ مربوط به سالهای 1988 و 2002 از طریق سازمان فضایی کشور تهیه شدند.
2-2-2- تهیه نقشههای پارامترهای مؤثر در ایجاد رواناب
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه
برای بررسی وضعیت توپوگرافی در منطقه از طریق GIS، اقدام به رقومیسازی خطوط توپوگرافی از روی نقشههای توپوگرافی شده و با تهیه نقشهی مدل رقومی ارتفاع، عمدتاً در قالب سه بحث عمده شیب، جهت و ارتفاع بررسیهای لازم صورت میگیرد.
برای تهیه نقشه DEM، ابتدا خطوط تراز منطقه از روی نقشه توپوگرافی50000: 1 وارد کامپیوتر شده و با اندازه پیکسل 20×20 متر (قدرت تفکیک زمینی 20 متری) رقومی شده است. در ایران سیستم تصویری UTM یکی از معمولترین روشها بوده و در این تحقیق نیز از این سیستم استفاده شده است (منطقه مورد مطالعه در داخل زون 39 شمالی بود، بنابراین تمامی مطالعات با در نظر گرفتن این زون زمین مرجع شده است). هر خط تراز در حین رقومی کردن، ارزشهای واقعی خود را میگیرند و بدین ترتیب در نقشه نهایی تهیه شده نیز ارزش هر خط تراز بیانگر ارتفاع از سطح دریای آن خط به متر میباشد (عبداللهی، 1381).
در این تحقیق نقشه DEM، خطوط تراز رقومی شده باید از طریق یک نرمافزار GIS مناسب درونیابی شود. برای تهیه نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS 9.3 از طریق گزینه Topo to raster (3D) تهیه گردید.
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا
عامل ارتفاع از سطح دریا در حوزه آبخیز سمبورچای از آن جهت حائز اهمیت است که تاثیر ارتفاع در ایجاد رواناب به صورت غیر مستقیم و از طریق تبدیل نوع بارش از بارندگی به برف عمل میکند، چرا که از ارتفاع معینی به بالا، اغلب بارش به صورت برف میباشد و همانطوریکه میدانیم برف از طریق ذوب و نفوذ تدریجی، به طور متفاوتی نسبت به باران در ایجاد رواناب عمل میکند. برای تهیه نقشه طبقات ارتفاعی از نقشه DEM استفاده شد. به منظور کلاسهبندی نقشه ارتفاع به طبقات مختلف، منحنی تجمعی ارتفاع برای نقشه DEM تهیه شد.
2-2-2-3- نقشه شیب
مهم‌ترین عوامل توپوگرافی موثر در ایجاد رواناب منطقه شامل شیب، جهت و ارتفاع از سطح دریا میباشد. در صورت یکسان بودن سایر شرایط، هر چه مقدار شیب افزایش یابد رواناب ایجاد شده بیشتر خواهد بود که دلیل آن کاهش پایداری خاک خواهد بود. بسیاری از پارامترهای اقلیمی مانند بارش و دما با ارتفاع تغییر میکند. ارتفاع بر روی نوع و ویژگیهای نزولات تاثیر دارد. هرگاه ارتفاع از حد معینی تجاوز کند بارندگی به صورت برف نازل میشود. همچنین با افزایش ارتفاع، مقدار شیب دامنهها بیشتر میشود و رخسارههای بیرونزده و توده سنگی بیشتر مشاهده شده و سنگها ناتراواتر میشوند (سراجزاده، 1375). اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف در یک حوزه‌ آبریز، ناهمواریهای اراضی آن حوزه را نشان می‌دهد. نسبت اختلاف ارتفاع دو نقطه به فاصله آن‌ها تحت عنوان شاخص شیب معرفی می‌گردد برای شناخت ناهمواری اراضی و شیب از معیارهای متفاوتی استفاده می‌شود. شیب حوزه‌های آبخیز اثر بسیار زیادی در واکنش هیدرولوژیک حوزه‌ها دارد. سرعت جریان‌های سطحی به طور مستقیم به شیب بستگی دارد. افزایش سرعت آب نیروی جنبشی آب و در نتیجه قدرت تخریبی و حمل آن را افزایش می‌دهد همچنین میزان نفوذ آب در خاک با افزایش شیب کاهش می‌یابد و نهایتاً حجم سیلاب و جریانهای سطحی مستقیماً به شیب حوزه بستگی دارد.
جهت برآورد و تعیین میزان شیب حوزه‌های آبریز روشها و روابط متعددی ارائه گردیده که برخی از آن‌ها عبارتند از روش شبکهبندی، روش هورتون، رابطه جاستین، روش شمارش خطوط تراز و .... در مطالعه حاضر با استفاده از GIS نقشه کلاس‌های شیب در مقیاس 50000 :1 و مشتمل بر 5 کلاس سطح حوزه آبخیز تهیه گردیده. برای تهیه نقشه شیب حوزه آبخیز، از نقشه DEM در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از گزینهSpatial Analyst استفاده گردید. در این نرمافزار نقشه شیب را می‌توان به دو صورت درجه و درصد شیب تهیه کرد و قابلیت آن در این زمینه بسیار بالا بوده و از دقت زیادی برخوردار است (البته دقت نقشه تهیه شده به پارامترهای دیگری از قبیل قدرت تفکیک زمینی و دقت رقومیسازی نیز بستگی دارد). برای منطقه مورد مطالعه با توجه به نوع وهدف کار، مساحت زیرحوزهها، نقشه شیب به درصد تهیه شد.
برای محاسبه متوسط شیب زیرحوزهها، نقشه پلیگونی زیرحوزهها را با نقشه رستری شیب حوزه آبخیز سمبورچای در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از نوار ابزار Spatial Analyst و سپس ابزار Zonal Statistics قطع داده شد و متوسط شیب برای هر زیر حوزه به دست آمد.
2-2-2-4- نقشه جهت شیب
جهت شیب جهتی است که اگر از بالای شیب به پائین نگاه کنیم سطح شیب به آن جهت متوجه است و در واقع جهتی است که از آن می‌توان خط عمود فرضی به خطوط تراز سطح شیب رسم کرد. مهمترین اثر جهت شیب در میزان دریافت نور خورشید و اثرات ناشی از آن جمله پیدایش اقالیم محلی یا موضعی است. در نیمکره شمالی زمین جهات رو به جنوب و غرب از جهات رو به شمال و شرق برای مدت طولانی‌تری در معرض تابش نور خورشید قرار می‌گیرند و به همین دلیل نیز گرم‌ترند. اثر تابش بیشتر و گرمای زیادتر جهت رو به جنوب و شرق موجب افزایش تبخیر و تعرق سالیانه و در نتیجه کاهش رطوبت خاک می‌شود و به همین علت نیز در جهات رو به جنوب و شرق وضعیت پوشش گیاهی ار نظر تراکم و نوع گیاهان نسبت به سایر جهات تفاوت دارد و اغلب از تراکم کمتری برخوردار است و نتیجتاً فرسایش خاک و تولید رواناب در این جهات بیشتر است (مهدوی، 1378).
اثر مهم دیگر شیب در ذوب شدن برف است. در جهات رو به جنوب و شرق به دلیل گرمای بیشتر، سرعت ذوب برف شدیدتر است. در این مناطق برف کمتری بر روی زمین میماند و ذوب آن به تدریج در زمستان و اوایل بهار انجام میگیرد. به همین دلیل جریان زمستانی رودخانهها در این مناطق بیشتر و جریانهای آن یکنواختتر است. در حالی که در حوزههای آبخیز با جهات رو به شمال و غرب دوام برف در زمستان بیشتر است و عمق و تراکم آن نیز بالاتر است (مهدوی، 1378).
برای تهیه نقشه جهات جغرافیایی نیز از ویژگی‌های خطوط منحنی میزان و خطوط رودخانه‌ها‌، نهرها و آبراهه‌ها و خطوط یالها و نحوه ارتباط یال و قله بر روی نقشه توپوگرافی استفاده می‌شود. تعیین جهت جغرافیایی بدین صورت می‌باشد که جهت هر یک از دامنه‌ها ( یعنی حد پایین یال و دره ) را نسبت به شمال جغرافیایی مشخص می‌نمایند. همانطور که میدانیم مقدار آزیموت از صفر تا 360 درجه تغییر میکند و برای مناطق مسطح، آزیموتی تعریف نمیشود که به همین خاطر در نقشه جهت تهیه شده، ارزش سلولهای مناطق مسطح به طور خاص (مثلا 1- و یا ؟) نشان داده میشود. در نقشه جهت تهیه شده، ارزش هر پیکسل بیانگر آزیموت آن میباشد.
برای کلاسهبندی نقشه جهت میتوان به صورت زیر عمل کرد (درویشصفت، 1379)، به طوری که:
1= شمال، آزیموت بین صفر تا 5/22 و نیز 5/337 تا 360 درجه.
2= شمالشرق، آزیموت بین 5/22 تا 5/67 درجه.
3= شرق، آزیموت بین 5/67 تا 5/112 درجه.
4= جنوبشرق، آزیموت بین 5/112 تا 5/157 درجه.
5= جنوب، آزیموت بین 5/157 تا 5/202 درجه.
6= جنوبغرب، آزیموت بین 5/202 تا 5/247 درجه.
7= غرب، آزیموت بین 5/247 تا 5/292 درجه.
8= شمالغرب، آزیموت بین 5/292 تا 5/337 درجه.
9 = اراضی مسطح با ارزش ویژه.
نقشه جهت توضیح داده شده به روش فوق، برای کلاسهبندی نقشه جهت به نه طبقه (با یک طبقه مسطح) میباشد که در صورت لزوم میتوان طبقات فوق را با هم تلفیق کرده و نقشه جهت چهار یا پنج طبقهای (با یک طبقه اضافی مسطح) تهیه کرد. برای تهیه نقشه جهت حوزه نیز از نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS با دستور Spatial Analysis و انتخاب گزینه Aspect تهیه شدهاست. در نقشه جهت تهیه گردید.
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما
الف- بارش
در منطقه مورد تحقیق، مقدار بارش سالانه تحت تاثیر ارتفاع از سطح دریا، فصول مختلف سال و توپوگرافی منطقه میباشد. در بررسی مقدار و وضعیت بارش منطقه، از ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است. جداول 2-2 و 2-3 به ترتیب مشخصات کلی ایستگاهها و میانگین بارش سالانه را نشان میدهند.
جدول 2-2: مشخصات ایستگاههای بارانسنجی
برزند اصلاندوز انگوت پارسآباد مشکین اردبیل ایستگاه
´53-◦47 ´25-◦74 ´45-◦47 ´46-◦47 ´41-◦47 ´20 -◦48 طول جغرافیایی
´57-◦38 ´26-◦39 ´03-◦39 ´39-◦36 ´23-◦38 ´13-◦38 عرض جغرافیایی
1085 153 466 6/72 1561 1335 ارتفاع (متر)
جعفرلو مرادلو جعفرآباد قوشه قرهخان بیگلو گرمی ایستگاه
´43-◦47 ´45-◦47 ´05-◦48 ´56-◦47 ´39-◦47 ´05-◦48 طول جغرافیایی
´52-◦38 ´45-◦38 ´26-◦39 ´44-◦38 ´05-◦39 ´03-◦39 عرض جغرافیایی
1280 1380 174 1246 596 759 ارتفاع (متر)
جدول 2-3: میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی
جعفرآباد مرادلو جعفرلو قوشه قرهخانبیگلو گرمی به رزند اصلاندوز انگوت مشگینشهر پارسآباد اردبیل ایستگاه
4/277 8/272 9/304 8/258 6/296 3/353 344 1/285 4/319 6/353 6/265 6/278 متوسط بارش سالانه
ب-رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه
برای محاسبه رابطه ارتفاع- بارش، از آمار بارندگی ایستگاههای موجود و همچنین ارتفاع از سطح دریای ایستگاهها استفاده شد که در ابتدا نواقص آماری رفع شده و در نرمافزار Excel با وارد کردن ارقام بارش و ارتفاع در دو ستون مجزا، به نحوی که بارش در محور y و ارتفاع در محور x قرار گیرد، رابطه رگرسیونی این دو پارامتر از طریق نرمافزار Excel محاسبه شد (سعدی مسگری و قدس، 1384). رابطه رگرسیونی ارتفاع از سطح دریا- بارش (گرادیان بارندگی منطقه)، در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است:
رابطه 2-2 P=0.050H+275.2 R²=0.625
که در آن: P، میزان درجه حرارت متوسط سالانه بر حسب سانتیگراد؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر میباشد.
برای بدست آوردن بارش متوسط حوزه آبخیز، از نقشه مدل رقومی بارش استفاده گردید. نحوه تهیه مدل رقومی بارش بدین شکل بوده که بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- بارش در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، DEM منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همباران حوزه تهیه شده است. پس از تهیه نقشه مدل رقومی بارش، از طریق دستور Reclassify، اقدام به کلاسهبندی نقشه مدل رقومی بارش به 5 کلاس بارش شد. ج- رژیم حرارتی
رژیم حرارتی یک منطقه عبارت از تغییرات متوسط درجه حرارت هوا بر حسب زمان و در مدت یکسان است. هدف از بررسی درجه حرارت در محدوده طرح، تعیین رابطه گرادیان درجه حرارت و تعیین میانگین حرارتی منطقه بر اساس آمار ایستگاههای موجود بوده است.
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه
با بررسی آمار درجه حرارت ایستگاههای ثبت درجه حرارت در منطقه، مشابه روش تهیه مدل رقومی بارش، برای تهیه نقشه درجه حرارت متوسط نیز، بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- درجه حرارت در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، مدل رقومی ارتفاع منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همدما حوزه تهیه شده است. رابطه ارتفاع از سطح دریا- درجه حرارت (گرادیان درجه حرارت) در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است همانند بارندگی:
رابطه 2-3 T=-0.003H+15.14 R²=0.824
که در آن:T، میزان درجه حرارت متوسط سالانه بر حسب سانتیگراد؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر.میباشد.
2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف
2-2-3-1- مقدار بارش
مقدار بارندگی یک متغیر تصادفی بوده و میتوان دادههای موجود را بررسی و طبق قوانین توزیع آماری هنگامی که برازش مناسب وجود داشته باشد، حداکثر یا حداقل بارندگی را با دوره بازگشت مورد نظر تعیین نمود. فرم کلی معادلات مورد استفاده معمولا به صورت زیر است:
رابطه 2-4 PT=P+K.Sکه در آن: PT، حداکثر و یا حداقل بارندگی با دوره بازگشت معین T سال؛ P، میانگین بارندگی؛ K، ضریب فراوانی (ضریب تناوبی)؛ S، انحراف معیار دادهها میباشد.
در منطقه تحقیق، با استفاده از توزیع پیرسون تیپ III، مقادیر متوسط بارندگی سالانه در دورهبازگشتهای 2 و 10 سال محاسبه شد.
2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته
در منطقه تحقیق، با استفاده از توزیع گمبل نوع I، که در تجزیه و تحلیل مقادیر حد بهکار گرفته میشود، مقادیر حداکثر بارش 24 ساعته در دورهبازگشتهای 2 و 10 ساله محاسبه شد.
2-2-3-3- شدت بارندگی
به طور کلی هر چه مدت بارش کوتاه باشد، شدت آن زیاد خواهد بود و برعکس بارانهای دراز مدت از شدت کمتری برخوردار میباشند. از طرف دیگر مسلم است که هر چه دوره بازگشت یک رگبار طولانیتر باشد، شدت آن نیز بیشتر خواهد بود.با پیدا کردن حداکثر شدت بارندگی در پایههای زمانی مختلف در طول مدت آماری، میتوان دادههای مربوط به هر یک از پایههای زمانی را با یک توزیع مناسب برازش داده و سپس شدتهای مربوط به زمانهای بازگشت متفاوت را روی محور مختصات و بر حسب پایههای زمانی مختلف رسم نمود.
با بررسیهای انجام شده روی منحنیهای شدت، مدت و فراوانی، فرمولهای تجربی متعددی ارائه شده که در این تحقیق از فرمول قهرمان (1366- به نقل از علیزاده، 1379) که برای ایران ارائه شده است، استفاده شد. قهرمان روی دادههای باران نگارهای ایستگاههای ایران مطالعه و مقدار باران یک ساعته با دوره بازگشت 10 ساله را به صورت زیر برای نقاط مختلف ایران قابل محاسبه دانسته است (علیزاده، 1380):
رابطه 2-5 P1060=e0.8153 .X11.1374.X2-0.3072که در آن: X1، متوسط حداکثر بارش 24 ساعته بر حسب میلی‌متر؛ X2، متوسط بارش سالانه منطقه بر حسب میلی‌متر میباشد.
بنابراین با داشتن مقدار میتوان مقدار PTt (مقدار بارش در زمان و دوره بازگشتهای مختلف) و سپس شدت باران t دقیقهای را با دوره بازگشت T سال محاسبه کرده و منحنی شدت، مدت و فراوانی را رسم کرد.
رابطه 2-6 PTt= [0.4524 + 0.247 ln (T – 0.6)](0.3710 + 0.6184t0.4484)P1060شدت بارندگی (I) نیز عبارتست از نسبت بارندگی (P) به زمان (T). یعنی:
رابطه 2-7 I=Pt2-2-3-4- رابطه ارتفاع- شدت بارشبرای تهیه نقشه شدت بارش، همانند نقشه همدما و همبارش، ابتدا رابطه رگرسیونی بین ارتفاع از سطح دریای ایستگاههای انتخاب شده و میزان شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دروه بازگشت 2 سال و 10 سال در Exel به صورت زیر تهیه شد. بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- بارش ، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، DEM منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه شدت بارش حوزه تهیه شده است. پس از تهیه نقشه مدل رقومی شدت بارش، از طریق دستور Reclassify، اقدام به کلاسهبندی نقشه مورد نظر به 5 کلاس شد.

–6

استفاده از اطلاعات و نتایج این گزارش نهایی بدون ذکر مرجع مجاز نیست.

معاونت پژوهش و فن آوری
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با یاری از خداوند سبحان و اعتقاد به این که عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهمیت جایگاه دانشگاه در اعتلای فرهنگ و تمدن بشری، ما دانشجویان و اعضاء هیات علمی واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی متعهد می‌گردیم اصول زیر را در انجام فعالیت های پژوهشی مد نظر قرار داده و از آن تخطی نکنیم:
1- اصل حقیقت جویی: تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت.
2- اصل رعایت حقوق: التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان، حیوان و نبات) و سایر صاحبان حق
3- اصل مالکیت مادی و معنوی: تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش
4- اصل منافع ملی: تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظر داشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش
5- اصل رعایت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال، تجهیزات و منابع در اختیار
6- اصل رازداری: تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق
7- اصل احترام: تعهد به رعایت حریم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هرگونه حرمت شکنی
8- اصل ترویج : تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد.
9- اصل برائت: التزام به برائت جویی از هرگونه رفتار غیرحرفه‌ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌های غیرعلمی می‌آلایند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده1
فصل اول « بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
1-1- مقدمه3
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها5
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل5
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی6
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال7
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی7
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی8
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم9
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی9
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی10
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور12
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم 13
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی15
1-4- پوش آور مودی15
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی 15
1-6- نتیجه گیری16
فصل دوم « بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
2-1- مقدمه18
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار20
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار20
2-3-1- روشهای آمریکایی22
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن22
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ24
2-3-2- روشهای اروپایی27
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری27
2-3-2-2- روش انرژی29
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار30
2-4-1- شکل پذیری30
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه30
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری30
2-4-2- مقاومت افزون32
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون33
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون35
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها36
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون37
2-4-3- درجه نامعینی38
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای 39
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف42
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها44
2-5- محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی44
2-5-1- معیار های عملکرد در آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی45
2-5-1-1- معیار تغییر مکان نسبی بین طبقات46
2-5-1-2- معیار پایداری46
2-6-روش بررسی ضریب رفتار با روند fema p695 47
2-7- نتیجه گیری56
فصل سوم « مدلسازی مسئله »
3-1-مقدمه58
3-2-فرضیات58
3-3-تحلیل استاتیکی خطی59
3-4-تحلیل پوش آور64
3-5-تحلیل دینامیکی غیر خطی(incremental dynamic analysis)68
فصل چهارم « ارزیابی ضرایب رفتار قاب ها »
4-1-مشخصات دینامیکی مدل ها74
4-2- ضریب بیش مقاومت74
4-3-محاسبه ظرفیت خرابی بوسیله آنالیز IDA76
4-4- بررسی خرابی83
فصل پنجم « نتیجه گیری »
5-1 نتیجه گیری85
منابع87

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسز42
جدول2-2- نسبت دقت برای نیاز طراحی48
جدول2-3- نسبت دقت برای آزمایش مصالح49
جدول2-4 جهت محاسبه SSF53
جدول2-554
جدول2-655
جدول 3-1 مشخصات مصالح59
جدول 3-2 انواع قاب ها60
جدول 3-3 نتایج تحلیل استاتیکی خطی62
جدول3-4 خروجی پوش آور68
جدول 3-5 انواع شتاب نگاشت و ضریب نرمال سازی شتاب نگاشت ها69
جدول4-174
جدول4-275
جدول4-3 خروجی پوش آور75
جدول4-476
جدول 4-577
جدول4-678
جدول4-778
جدول 4-8 خروجی IDA79
جدول 4-980
جدول 4-1081
جدول 4-1181
جدول 4-1281
جدول4-13 نهایی82

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1 مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور11
شکل 1-2 منحنی پوش آور14
شکل 2-1 نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف25
شکل 2-2 مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد28
شکل 2-3 طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت 32
شکل 2-4 حالت های کلی ناپایداری.47
شکل2-5نمودار پوش آور50
شکل 2-6 نمودار IDA52
شکل 3-1 مقدار و نحوه بار گذاری بار مرده برای مدل پنج سقف با پنج دهانه60
شکل 3-2 ابعاد تیر و ستون مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-3 مقدار آرماتور طولی برای مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-4 منحنی رفتار فولاد مورد استفاده65
شکل 3-5 نمودار پوش اور مدل پنج دهانه پنج سقف67
شکل 3-6 نمودار IDA پنج دهانه سه سقف72
شکل 4-1 نمودار IDA پنج دهانه پنج سقف76
شکل 4-2 نمودار ADI سه دهانه سه سقف77
شکل 4-3 پوش اور نمودار مدل 3x380
شکل 4-4نمودار جابجایی نسبی طبقات83
چکیده
در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل نیاز است که ضریب رفتار با استفاده از روش های معتبر مورد نقد قرار گیرد. بدین منظور در این پایان نامه بر آن شدیم که با استفاده از روند آیین نامه FEMA p695 این ضریب را برای قاب های متداول ایران مورد بحث قرار دهیم.که روال انجام آن مختصرا به شرح زیر است. ما از نه قاب بتن آرمه با تنوع یک و سه و پنج طبقه و تعداد دهانه یک و سه و پنج دهانه استفاده کردیم که طراحی مدلهای سازه ای متنوع از یک سیستم سازه ای با توجه به آیین نامه های طراحی و بارگذاری مربوط، تشخیص میزان اطمینان از رفتار لرزه ای سیستم سازه ای مورد نظر، انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی برای محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه ها و ضریب شکل پذیری بر مبنای پریود، محاسبه نسبت مرز خرابی بوسیله آنالیز دینامیکی غیر خطی و مقایسه این نسبت با نسبتهای پیشنهادی آیین نامه با توجه به اصلاحات شکل طیفی و غیره. به این منظور از نرم افزار های ETABS, Seismostruct استفاده می شود.و در پایان به بررسی خرابی یک نمونه از مدل ها می پردازیم.و از جداول و نمودارها نتایج لازم استخراج می نماییم.
کلید واژه ها : ضریب رفتار ،ضریب اضافه مقاومت ،FEMA p695 ،قاب های خمشی بتن آرمه
فصل اول
« بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
در حال حاضر به نظر می رسد بهترین روش انجام آنالیزهای لرزه ای، آنالیز دینامیکی غیرخطی باشد ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین را بر آن داشته است تا طیف وسیعی از مطالعات در مورد آنالیز های استاتیکی غیرخطی موسوم به پوش آور مرسوم داشته باشند.با توسعه کاربرد تحلیل پوش آور در سالهای اخیر روشهای پوش آور پیشرفته متعددی برای لحاظ کردن اثر مود های بالاتر و همچنین اثر تغییرات مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء پیشنهاد شده است. روشهای پیشنهادی عموماً برای لحاظ کردن اثرات مود های بالاتر از چندین تحلیل پوش آور با الگوی بارهای متناسب با اشکال مودی سازه استفاده می نماید و نتایج حاصل از این تحلیل ها با یکدیگر ترکیب می شوند. در این فصل فرایند توسعه روشهای پوش آور به طور کامل شرح داده می شود و در انتها آخرین نتایج به دست آمده توسط محققین ارائه می گردد.
1-1- مقدمه
در سالهای گذشته آنالیز ارتجاعی، بیشترین کاربرد را جهت تحلیل و بررسی رفتار سازه ها در مقابل زلزله داشته است، اما عملکرد سازه ها در زلزله ها نشان داده است که صرفاً تحلیلهای ارتجاعی برای این منظور کافی نیستند. آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی، دقیق ترین روش جهت بررسی رفتار سازه ها هنگام زلزله است، اما این روش بسیار وقت گیر و پیچیده است. در این شیوه برای آنالیز سازه نیاز به مجموعه ای از شتابنگاشتهای مختلف می باشد تا بتوان بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیزهای انجام شده تصمیم مقتضی گرفت، ضمن اینکه تصمیم گیری در مورد نتایج بدست آمده نیاز به دانش و تخصص کافی در این زمینه دارد.
در پی مشکلات عنوان شده پژوهشگران پیوسته به دنبال روشی بوده اند که بتواند با سرعت بالاتری سازه ها را در ناﺣﯿﮥ غیر خطی تحلیل کند. در این راستا ایدﮤ تحلیل استاتیکی فزایندﮤ غیر خطی در سال 1975 توسط محققین مطرح گردید و گامهای اولیه در این زمینه برداشته شد.
در روش مذکور، موسوم به آنالیز پوش آور متداول، سازه تحت الگوی بارگذاری ثابت تا تغییر مکان معینی موسوم به تغییر مکان هدف جلو برده می شود، مگر اینکه فروریزش سازه زودتر از رسیدن به تغییر مکان هدف رخ دهد. بعد از انجام آنالیز قادر به استخراج نتایجی از قبیل منحنی ظرفیت سازه، تغییر مکان نسبی طبقات، نیروهای داخلی اعضاء و دیگر پاسخهای لرزه ای سازه خواهیم بود .
لازم به ذکر است در طی سالهای اخیر تحلیل پوش آور به عنوان یک فرایند کاربردی نقش موثری در جهت پیشرفت و توسعه آنالیز های لرزه ای بر مبنای عملکرد داشته است و به طور گسترده ای در آیین نامه ها و دستوالعمل های بهسازی لرزه ای سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. در طی فرایند تحقیقات به عمل آمده در مورد روشهای پوش آور از سوی محققین و در جهت رفع معایب پوش آور مرسوم که قادر نمی باشد اثر مودهای بالاتر و اثر تغییر مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء در نظر بگیرد روشهای پوش‌آور جدیدی براساس مفاهیم ترکیب مودال سازه ارائه گردیده است. در سال 2002 روش MPAتوسط چوپرا وگوئل پیشنهاد شد. در این روش چندین تحلیل پوش‌آور با الگوی بار متناسب با اشکال مودی الاستیک چند مود اول انجام گرفته سپس پاسخ لرزه‌ای سازه از ترکیب پاسخ‌های حاصل از هر مود با استفاده از روش ترکیب مجموع مربعات (SRSS) بدست می‌آمد. از آنجایی که در مودهای بالاتر افزایش جابجایی بام متناسب با افزایش جابجایی سایر طبقات نمی‌باشد و حتی در برخی موارد با افزایش برش پایه طبقه بام در جهت عکس حرکت می‌کند لذا استفاده از جابجایی بام به عنوان نقطه کنترل تغییر مکان در مودهای بالاتر با ابهاماتی روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل برای رفع این نقیصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام این تحلیل‌ها به علت آنکه الگوی بارگذاری ثابت است و باتوجه به کاهش سختی در طی تحلیل الگوی بار بهنگام نمی شود همچنان این آنالیز ها ازنتایج خوبی برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسی‌ها در جهت رفع نواقص روش های قبلی، روشهایی ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختی ناشی از تسلیم اعضاء بارگذاری بهنگام می شود و در سالهای اخیر توسط آنتونیو و پینهو جدیدترین روشهای پوش‌آور تطبیقی APA که به صورت یک مدل تحلیل فیبری (Fiber)تحت عنوان روشهای FAPوDAPتوسعه یافته است. در ادامه پس از مروری بر آنالیز های لرزه ای مورد استفاده در آئین نامه ها به شرح کامل آنالیز استاتیکی غیر خطی خواهیم پرداخت.
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها
به منظور بررسی رفتار سازه در مقابل زلزله و همچنین طراحی لرزه‌ای، نیاز به تحلیل لرزه‌ای میباشد. انتخاب نوع تحلیل بستگی به عواملی همچون دقت مورد انتظار و توصیه آیین نامهها دارد. آنالیز لرزه‌ای سازهها به چهار روش استاتیکی و دینامیکیِ خطی و غیرخطی انجام می‌شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل
این روش از متداولترین شیوه‌های تحلیل لرزه‌ای است که در تمام آیین نامه‌های زلزله دنیا با اختلافاتی جزئی نسبت به یکدیگر از آن استفاده شده است. روش کار بدین گونه است که برش پایه طرح که درصدی از وزن سازه است و توسط ضریبی به نام ضریب زلزله بدست می آید، بر اساس یک الگوی بارگذاری مشخص در امتداد قائم سازه توزیع و به آن وارد میگردد. پس از این مرحله با استفاده از ترکیبات بارگذاری توصیه شده توسط آیین نامهها، تحلیل سازه با فرضیات و تئوری های حاکم بر رفتار ارتجاعی و خطی، انجام می گیرد و نیروهای داخلی اعضا استخراج و سپس طراحی صورت می پذیرد.
الگوی بارگذاری در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران) به شکل مثلثی و برگرفته از شکل مود اول الاستیک سازه است. در استاندارد 2800 ایران، نیروی برشی پایه ، مطابق رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می گردد:
(1-1)
در رابطه (1-1):
: نیروی جانبی در تراز طبقهام، : ارتفاع طبقهام از تر از پایه،: ارتفاع طبقهام از تراز پایه، : وزن موثر طبقهام، : وزن موثر طبقهام و نیروی جانبی اضافی در تراز سقف که بوسیله رابطه زیر تعیین می شود:
(1-2)
نیروی نباید بیشتر از در نظر گرفته شود و چنانچه برابر یا کوچکتر از ثانیه باشد، می توان آن را برابر صفر اختیار نمود.
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی
از دیگر روشهای تحلیل لرزه‌ای سازهها که به طور کاربردی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحلیل دینامیکی خطی است که به دو روش طیفی و تاریخچه زمانی صورت می‌پذیرد.
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال
در این روش نیز مانند تحلیل استاتیکی معادل، رفتار اعضای سازه در طی تحلیل سازه ارتجاعی فرض می‌گردد. مشخصات دینامیکی سازه که در طی تحلیل از آن استفاده می‌گردد، مانند زمان تناوب مود‌ها و اشکال مودی، بر رفتار ارتجاعی استوار است. در این روش ابتدا مشخصات دینامیکی سازه در هر مود محاسبه می‌گردد (که امروزه این کار بوسیله نرم‌افزارهای تخصصی انجام می گیرد)، سپس شتاب پاسخ هر مود با توجه به زمان تناوب آن بر اساس طیف پاسخ زلزله مورد نظر یا طیف طرح آیین نامه محاسبه و به دنبال آن هر گونه پاسخ لرزه‌ای سازه در آن مود مانند برش پایه، نیروی طبقات، تغییرمکان نسبی طبقات، نیروی اعضا و ... طبق مشخصات دینامیکی آن مود بدست خواهد آمد. پس از آن با استفاده از روشهای آماری معتبر مانند جذر مجموع مربعات(SRSS) یا ترکیب مربعی کامل(CQC) پاسخ مودها با یکدیگر ترکیب و به این ترتیب پاسخ کلی حاصل می‌گردد.
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی
فرضیات این تحلیل نیز مانند تحلیل طیفی خطی بر اساس رفتار ارتجاعی اعضا و سازه استوار است. شیوه تحلیل بدین گونه است که پی سازه تحت اثر شتابنگاشت زلزله مورد نظر با به کارگیری روابط دینامیک سازه تحلیل می‌شود و پاسخهای سازه در هر گام زمانی ثبت می گردد و مجموعهای موسوم به تاریخچه پاسخ حاصل می گردد. در نهایت مهندس طراح بر اساس تاریخچه های پاسخ سازه در مقابل شتابنگاشتها و اتکا بر دانش و قضاوت مهندسی، در مورد چگونگی کاربرد پاسخ ها جهت طراحی سازه تصمیم خواهد گرفت.
خصوصیات شتابنگاشتهای انتخاب شده جهت تحلیل به شرح زیر است.
الف- حداقل باید سه زوج شتاب نگاشت انتخاب گردد که در این صورت حداکثر بازتاب در هر لحظه زمانی از این سه زوج به عنوان بازتاب نهایی تلقی می‌گردد. از هفت زوج شتابنگاشت نیز جهت تحلیل می‌توان استفاده کرد که در این حالت، بازتاب نهایی مورد نظر، میانگین بازتاب‌های بدست آمده خواهد بود.
ب- ساختگاههای شتابنگاشتها باید به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و خصوصیات لایه‌های خاک با زمین محل ساختمان، تا حد امکان مشابهت داشته باشند.
ج- مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشتها، حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هرکدام که بیشتر است باشد .
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی
در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی رفتار سازه در حوزه غیرارتجاعی تحت شتابنگاشت زلزله مورد نظر بررسی می‌گردد. جهت حصول نتایج مطلوب لازم است مشخصات غیرخطی اجزا از قبیل مقاومت، سختی، میزان شکل‌پذیری و همچنین رفتار چرخه‌ای کامل آنها که در نرم افزار مدلسازی می‌گردد، با مشخصات رفتار واقعی آنها مطابقت داشته باشد. این مشخصات معمولاً بوسیله مدلهای ساخته شده در آزمایشگاهها تعیین می شوند . محاسبه تحلیلی پاسخ دینامیکی سازهها در حوزه غیرخطی، حتی اگر تغییرات زمانی تابع تحریک، تابع سادهای باشد، معمولاً امکان پذیر نیست، در نتیجه روش اصلی برای تحلیل سیستم های غیرخطی، روشهای عددی است که از آن جمله می توان به دو روش تفاضل مرکزی و روش نیومارک اشاره نمود. امروزه این کار به عهده رایانه هاست و اساس تحلیل در آنها به روشهای عددی استوار است. در این روش در هر گام زمانی از تحلیل، سختی سازه اصلاح می گردد و پاسخ سازه در آن گام بر اساس سختی اصلاح شده محاسبه می گردد که ثبت پاسخ ها در گامهای زمانی مربوطه منجر به تهیه تاریخچه پاسخ واقعی سازه خواهد شد .
لازم بذکر است که تحلیل سازه به روش تاریخچه زمانی غیرخطی تا حدودی مشکل و وقت گیر است، ضمن اینکه مدلسازی اعضای آن و از طرف دیگر بررسی نتایج تحلیل نیاز به تخصص کافی در این زمینه دارد. این روش معمولاً جهت کارهای تحقیقاتی و تحلیل سازههای خاص و حساس بکار می رود.
بکارگیری روشهای دینامیکی در تحلیل لرزه‌ای کلیه سازه ها مناسب و اختیاری است، اما بر اساس استاندارد 2800 ایران برای ساختمانهای منظم با ارتفاع بیش از 50 متر از تراز پایه و ساختمانهای نامنظم بیش از 5 طبقه و یا ارتفاع بیش از 18 متر اجباری است.
با توجه به مسائل فوق و مشکل بودن این روش از تحلیل لرزه‌ای، محققین بدنبال روشی بوده اند که ضمن دارا بودن سرعت و دقت لازم در تحلیل، عملاً از سادگی نیز برخوردار باشد. حاصل تحقیقات، ارائه روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوشآور) در چند دهه گذشته و روند تکاملی آن در سالهای اخیر بوده است. در ادامه به این موضوع پرداخته می‌شود.
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهای اخیرتحلیل استاتیکی غیرخطی درمقایسه با تحلیل های دینامیکی غیرخطی موردتوجه بیشتری قرارگرفته است.علت این مسأله توانایی تحلیل های استاتیکی غیرخطی درمحاسبه پارامترهای سازهای بدون نیازبه مدلسازی و محاسبات پیچیده خاص تحلیل های دینامیکی غیرخطی است .
توضیح اینکه هرچند از روش های دینامیکی غیرخطی به دلیل درنظرگرفتن توأم اثرات دینامیکی نیرو و رفتارغیرخطی اعضابه عنوان کاملترین روش یاد می شود،امابه دلیل مشکلاتی ازقبیل پیچیدگی،پرهزینه بودن وهمچنین حساسیت زیاد نتایج آن به دقت مدل وفرضیات حرکت زمین،که عدم توجه به آنها باعث کاهش شدید دقت نتایج خواهدشد،باعث می شود به سختی بتوان از این روش برای مسائل کاربردی ومهندسی استفاده کرد.
عامل مهم دیگر یکه باعث تمایل بیشتر به استفاده ازروش تحلیل استاتیک غیرخطی شده است، توانایی این روش دردنبال کردن گام به گام رفتارسازه درطول عملکردغیرارتجاعی آن وتعقیب مکانیزم شکست دراعضاءمی باشد،که این مسأله درتحلیل دینامیکی غیرخطی به سادگی میسرنمیشود. البته باید توجه داشت که دربکارگیری این روش های ساده شده بایدعدم قطعیتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذکوررابه عنوان ابزاری در روش های طراحی براساس عملکردگنجاند.
این روش به نحو مناسبی در سالهای اخیر مورد توجه مهندسین و محققین قرار گرفته و به عنوان ابزاری مناسب جهت تحلیل و تخمین نیاز لرزه‌ای سازه ها در محدوده غیر خطی مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جای خود را در بین روشهای آنالیز غیر خطی به خوبی باز نموده تا جائیکه در سالهای گذشته آیین نامه ها مباحث آنرا در سرفصل های خود جای داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل های متعددی از جمله سری آیین نامه های FEMA، ATC و همچنین دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران در این زمینه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی
اساس کلی روش مذکور موسوم به آنالیز پوش آور مرسوم بدینگونه است که یک بار جانبی مطابق با الگوی بارگذاری ثابت و مشخصی به صورت فزاینده و گام به گام تا رسیدن به یک تغییر مکان از پیش تعیین شده به نام تغییر مکان هدف و یا فرو ریزش و خرابی نهایی سازه به آن اعمال می‌شود. سپس در آن تغییر مکان نیازهای لرزه‌ای سازه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبی به سازه و تغییر شکل آن از حالت ارتجاعی تا فروریزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور
در این روش رفتار یک سیستم چند درجه آزاد از طریق یک سیستم یک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار می گیرد. سیستم یک درجه آزاد معادل نماینده یک سیستم چند درجه آزادی در یک مود مشخص است که دارای خصوصیات مشابهی از جمله پریود و رفتار خطی و یا غیر خطی اجزاء می‌باشد. این مفهوم در مهندسی زلزله جایگاه و کاربرد ویژه ای دارد که می توان به تهیه طیف پاسخ زلزله بوسیله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلی بین این دو سیستم در آنالیز استاتیکی غیر خطی بوسیله ضریب مشارکت مودی، مود اصلی سیستم چند درجه آزاد، ایجاد می گردد. این ضریب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتیب بردار شکل مود اصلی و بردار جرم سیستم چند درجه آزاد می‌باشند.
حال با داشتن ضریب انتقال و نتایج تحلیل پوش آور سیستم چند درجه آزاد و بکارگیری رابطه (1-4) مشخصه های نیرو- تغییر شکل سیستم یک درجه آزاد تعیین می‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتیب تغییر مکان (بام) و برش پایه نظیر آن در سیستم چند درجه آزادی می باشند.
بدین ترتیب منحنی ظرفیت سیستم یک درجه آزاد معادل قابل ترسیم است.
اگر چه این روش از تئوری قوی برخوردار نیست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلی در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضریب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغییرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز می تواند تخمین خوبی جهت تبدیل سیستم چند درجه آزاد به یک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغییر مکان سیستم یک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمین ناشی از زلزله قرار گرفته است را می توان بوسیله طیف های ارتجاعی، غیر ارتجاعی و یا آنالیز تاریخچه زمانی بدست آورد. پس از تعیین تغییر مکان در سیستم یک درجه آزاد، حداکثر تغییر مکان سیستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمین زده خواهد شد.
لازم به توضیح است که تخمین و محاسبه تغییر مکان حداکثر یک سیستم یک درجه آزاد در مقابل حرکات زمین، موسوم به تغییر مکان هدف از طریق طیف پاسخ و یا آنالیز تاریخچه زمانی گستردهای همچون تحلیل طیف ظرفیت را در بر می‌گیرد.
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور
با توجه به اینکه این روش از تحلیل، رفتار سازه را در حالت غیر ارتجاعی نیز بررسی می کند بسیاری از خصوصیات رفتاری سازه که در روشهای خطی قابل دستیابی و مشاهده نیست و از نظر پنهان می‌ماند را هر چند همراه خطا و دارای تقریب، نمایان می کند با چنین اطلاعاتی دقت و میزان صحت تصمیم گیری مهندس و یا محقق جهت اقدامات بعدی افزایش می یابد از جمله موارد کلی استفاده از نتایج تحلیل پوش آور می توان به تهیه منحنی ظرفیت سازه (برش پایه در مقابل تغییر مکان بام) در مقابل بار جانبی اعمال شده تخمین تغییر مکان نسبی طبقات، برآورد میزان چرخش مفاصل پلاستیک ایجاد شده، تخمین تغییر مکان جانبی سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمین و بار جانبی که جهت بررسی رفتار لرزه ای سازه بدان نیاز داریم اشاره نمود.
نتایج قابل مشاهده و دریافت از آنالیز استاتیکی غیر خطی که توسط کراوینکلر و سنویراتنا (1988) ارائه شده به قرار زیر است .
1- برآورد نیروهای واقعی در اعضای ترد و غیر شکل پذیر از قبیل نیروی محوری در ستونها و لنگر ایجاد شده در اتصالات تیر به ستون و برش در اعضای کوتاه که رفتار برشی در آنها حاکم است.
2- تخمین تغییر شکل مورد نیاز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله باید در ناحیه غیر ارتجاعی تحمل نمایند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزای خاص بر پایداری سازه.
4- تعیین محل های بحرانی در سازه مانند مکانهایی که دچار تغییر شکل های زیاد می شوند.
5- تعیین نامنظمی های در پلان یا ارتفاع که باعث تغییر در مشخصات دینامیکی سازه در ناحیه غیر ارتجاعی می گردند.
6- تخمین تغییر مکانهای داخلی طبقات با در نظر گیری ناپیوستگی سختی و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگیری از این نوع خرابی ها در سازه.
7- ترتیب جاری شدن و شکست اعضاء و بررسی پیشرفت منحنی ظرفیت سازه.
8- بررسی کفایت مسیر بار با در نظر گیری تمام اجزاء سازه ای و غیر سازه ای سیستم به عبارت دیگر بررسی کفایت مسیر انتقال بار جانبی با توجه به ترکیب هندسی موجود سازه.
9- پارامترهای رفتار لرزه ای سازه (مثل شکل پذیری، ضریب رفتار، ...)
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم
منحنی ظرفیت سازه به عنوان نموداری که محورافقی آن تغییرمکان افقی نقطه کنترل سازه می باشدومحورقائم آن برش پایه اعمالی بهسازهاست،ازتحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی حاصل میشود. نمونهای از منحنی ظرفیت سازه در شکل (1-2) نشان داده شده است.تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی سازهبا استفاده از نرمافزارهایینظیر ETABS،SAP2000 و .. .به راحتی قابل انجام است.
نامهای انجام یک تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی به صورت زیرفهرست میشود.

شکل(1-2): منحنی پوش آور[10].
1- ایجادیک مدل ریاضی از سازه.
2-اعمال بارجانبی به سازه،پس ازتعیین الگوی بارگذاری جانبی.
3-افزایش بارجانبی اعمالی به سازه تاجاییکه بعضی ازاعضای سازه به حدتسلیم برسند.
4-ثبت برش پایه اعمالی درآن مرحله وتعیین تغییرمکان نقطه کنترل برای کنترل رفتار و استفاده درمراحل بعد،ثبت نیروهای سایراعضا نیزلازم است.
5-بازسازی مدل با فرض سختی جانبی صفر برای اعضای جاری شده سازه.
6-افزایش بارجانبی بهسازه تاجاییکه عضوهای دیگری ازسازه جاری شوند.
7-ثبت برش پایه وتغییرمکان نقطه کنترل.
8- روند 3 تا 7 تاجائی تکرارمیشوندتا اینکه سازه یا براثرعواملی مانند ناپایدار شود و یا اینکه به تغییر مکان مشخص ازپیش تعیین شدهای برسد.
9-رسم برش پایه بدست آمده درمراحل مختلف درمقابل تغییرمکان نقطه کنترل سازه.
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی
در آنالیز استاتیکی فزاینده غیر خطی سه مطلب اساسی باید مورد توجه قرار گیرد که عبارتند از مشخصات غیر خطی اجزاء، الگوی بارگذاری جانبی و تعیین تغییر مکان هدف. عدم شناخت کافی نسبت به موارد مذکور باعث ایجاد خطا در نتایج و تشدید آن در مراحل بعدی خواهد شد .
استفاده از الگوی بارگذاری متناسب با واقعیت، مدلسازی دقیق رفتار غیر خطی اجزاء سازه و تعیین تغییر مکان هدف صحیح، منجر به کسب نتایج با دقت بیشتر و تخمین مناسب نیازهای لرزه ای در آنالیز سازه خواهد شد. در ادامه به آنها پرداخته می شود.
1-4- پوش آور مودی
استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی درتخمین عملکردسازههادرهنگام زلزله بسیار مورد توجه متخصصین قرارگرفته است. از فرضیات این روش این است که، رفتارسازه توسط موداول کنترل می گردد وشکل این مود درتمامی مدت تحلیل ثابت می ماند،که هر دوی این فرضیات غلط می باشند.امانتایج نشان دهندهتقریب مناسب اینروش می باشد. درجهت بهبود هرچه بیشترروش تحلیل استاتیکی فرایندهغیرخطی، روش تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی مودی(MPA) باتوجه به اصول دینامیک سازههاارائه شده است که امکان در نظرگیری تمامی مودهای مؤثردرپاسخ سازه رابه کاربرمی دهد.
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی
با محاسبه سختی لحظه ای اعضاء و در نتیجه ماتریس سختی کل در هر گام از آنالیز در هنگام اعمال بار جانبی به سازه، شاهد کاهش سختی سازه خواهیم بود. این موضوع نه تنها باعث تغییر پاسخ سازه به حرکات زمین می گردد، بلکه همچنین باعث تغییر توزیع نیروهای اینرسی در ارتفاع سازه خواهد شد. برای تحقق این فرضیات باید از آنالیز پوش آور تطبیقی استفاده گردد و همچنین در هرگام با توجه به کاهش سختی المانهای سازه باید الگوی بارگذاری اصطلاحاً به هنگام گردد. همانطور که در قسمت نواقص و معایب آنالیز پوش آور متداول بیان گردید، تغییرات فوق در خلال آنالیز منظور نمی گردد و الگوی بارگذاری با یک توزیع ثابت به سازه وارد می شود و این یک منبع خطای مهم در ارزیابی لرزه ای سازه محسوب می گردد. اساس روش پوش آور تطبیقی به دو گونه انجام می شود؛ پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو و مبتنی بر جابجایی.
1-6- نتیجه گیری
در این فصل با توجه به نتایج مشاهده شده توسط روش های تحلیل پوش آور به هنگام شونده و مقایسه روش پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو با نتایج آنالیز دینامیکی غیر خطی و پوش آورهای متداول، طبق نتایج بدست آمده از این روش در سازه های کوتاه به علت تاثیر کمتر اثر مود های بالاتر می توان گفت نتایج این آنالیز معتبر است ولی مطابق با بررسی های که توسط پاپینکولار و النشای در سال 2006 انجام داده اند و ثابت نمودند به دلیل اینکه در روش FAP به علت استفاده از قوانین ترکیب مودال درجه دوم مثل SRSS تغیر علامت نیرو های مودال در طبقات مختلف مود های بالا تر از بین رفته و علامت مولفه های بردار الگوی بار اعمالی در تمام طبقات یکسان است، می توان گفت نتایج تحلیلیFAP در سازه های بلند که اثر مود های بالاتر تاثیر گذاری بیشتری دارند، نه تنها بهبودی در نتایج حاصل نکرده است، بلکه نتایج به سمت مسیر گمراه کننده پیش می رود. در مقابل، نتایج بدست آمده از آنالیز پوش آور تطبیقی بر اساس جابجایی در سازه های بلند دارای نتایج قابل قبول تری نسبت به آنالیز مبتنی بر نیرو و پوش آورهای دیگر می باشد.
فصل دوم
« بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
آیین نامه های طراحی لرزه ای، نیرو های لرزه ای برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست میآورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ارتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک ، میرائی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نماید. در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل محققین روش های تئوریکی جهت محاسبه ضریب رفنار ارائه نموده اند که در این فصل به طور کامل تشریح گردیده است.
2-1- مقدمه
به طور کلی می توان گفت طراحی سازه ها بر اساس آنالیز های لرزه ای بر این مبناء است که رفتار ساختمان در مقابل نیرو های ناشی از زلزله های کوچک، بدون خسارت در محدوده ارتجاعی باقی بماند و در هنگام وقوع زلزله های شدید که رفتار سازه وارد ناحیه غیر خطی می شود ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارتهای سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند، به همین منظور طراحی لرزه ای سازه در هنگام ورود به ناحیه غیر خطی مستلزم آنالیز های غیر خطی می باشد.
می توان گفت یک تحلیل دینامیکی غیر خطی بیانگر رفتار صحیح و واقعی سازه به هنگام وقوع زلزله می باشد امّا با توجه به پیچیده بودن و پر هزینه بودن آنالیز های غیر خطی و زمان بر بودن این نوع تحلیل ها، روشهای تحلیلی بر مبناء آنالیز در محدوده رفتار خطی سازه با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می گیرد.
از طرفی تحلیل و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار غیر خطی در هنگام وقوع زلزله باعث ایجاد شدن طرحی غیر اقتصادی که شامل مقاطع سنگین برای طرح خواهد بود می شود.
از اینرو آیین نامه های لرزه ای، نیرو های برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست می آورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ازتجاعی و اتلاف انرژی بز اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نمایند.
با توجه به اینکه ضرائب رفتار تعین شده توسط آیین نامه های لرزه ای بر پایه مشاهدات عملکردی سیستم های سازه ای مختلف در زلزله های اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسی استوار است در جهت رفع نگرانی پژوهشگران بابت فقدان ضرائب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در سالهای اخیر آیین نامه ها لرزه ای بر این اساس مدون گردیده اند که رفتار های هیستر تیک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت سازه در هنگام استهلاک انرژی را جهت محاسبه ضریب رفتار در نظر بگیرند.
در این فصل به طور کلی تمام اجزاء ضریب رفتار شرح داده می شود.
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار
در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد. به همین دلیل مقادیر عددی ضرائب رفتار به کار برده در آیین نامه ها مختلف متفاوت می باشد به طوری که می توان گفت محدوده عددی ضریب رفتار برای سازه های بتن مسلح با سیستم قاب خمشی در آیین نامه های اروپایی مانند EC8 بین عدد های 5/1 تا 5 است در صورتیکه برای همین نوع سیستم سازه ای در آیین نامه های آمریکایی مقادیر ضریب رفتار تا عدد 8 هم بیان گردیده است، از اینرو می توان گفت سازه هایی که مطابق آیین نامه های EC8 طراحی شده اند دارای طراحی های سنگین تری نسبت به طراحی های که مطابق آیین نامه های آمریکایی انجام گرفته است می باشند. اگر به طور خاص آیین نامه طراحی لرزه ای ایران را مورد مطالعه قرار دهیم، می توان گفت به دلیل آنکه ضرائب رفتار تعین شده بر مبناء قضاوت مهندسی است دارای کاستی هایی به شرح زیر می باشد:
1- برای سیستم های سازه ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرائب رفتار یکسانی استفاده میشود.
2- در R تاثیر شکل پذیری و مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
3- اثر لرزه خیزی منطقه در Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرائط خاک در R لحاظ نشده است.
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار
همانطور که از پیش ذکر شد روشهای سنتی چگونگی محاسبه ضریب رفتار برای سیستم های سازه ای بر اساس قضاوت مهندسی انجام می شده است، در طی سالهای اخیر روشهای علمی قابل اعتماد و جدیدی توسط تحقیقات نیومارک ارائه گردیده است.
می توان گفت جدید ترین رابطه های ارائه شده برای ضریب رفتار رابطه ای است که سه عامل شکل پذیری، مقاومت افزون و در جه نامعینی را در بر دارد. دو عامل شکل شکل پذیری و مقاومت افزون برای کشور های مختلف می تواند متفاوت می باشد، زیرا به متغیر های کیفی و کمی متعددی مانند فرهنگ ساخت و ساز و روشهای اجرائی، ناحیه لرزه خیزی و آیین نامه بارگذاری و طراحی بستگی دارد.
از اوائل دهه 1980 در انجمن فن آوری کاربردی (ATC) در طی پژوهشهای فریمن و یوانگ تلاش محققین به سمت تجزیه ضریب رفتار به عوامل تشکیل دهنده آن سوق پیدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعینی ابتدا در آیین نامه های ATC-19 و ATC-40 و سپس در آیین نامه UBC-1997 مطرح گردید.
در سال 1995 محققین برای محاسبه ضریب رفتار رابطه (2-1) را پیش نهاد نمودند.
(2-1)
که در رابطه فوق ضریب کاهش نیرو ناشی از مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل پذیری و کاهش نیرو ناشی از نامعینی یا به عبارت دیگر ضریب درجه نامعینی سازه می باشد.
به طور کلی تقسیم بندی که در مورد روشهای محاسبه ضریب رفتار می توان گفت به صورت زیر می باشد:
1- روش های آمریکایی
2- روشهای اروپایی
در طی مطالعات پزوهشگران گذشته روشهای آمریکایی نسبت به روشها اروپایی از ابتکار عمل ساده تری برخوردار بوده اند، به همین جهت در این رساله برای به دست آوردن نتایج ضریب رفتار صرفا" از روش های آمریکایی استفاده گردیده است.
2-3-1- روشهای آمریکایی
از بین روشهای آمریکایی دو روش طیف ظرفیت فریمن و روش یوانگ معتبر تر می باشند از اینرو در ادامه به صورت جزئی به شرح کامل این دو روش می پردازیم.
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن
در سال 1990 فریمن یک روش تحلیلی جهت محاسبه ضریب رفتار تحت تاثیر پارامتر هایی مطابق با رابطه زیر ارائه نموده است.
(2-2)
به طور کلی هر کدام از پارامتر های رابطه فوق به عوامی زیر وابسته می باشد.
1- سیستم سازه ای
2- آرایش قابها
3- ترکیب بار ها
4- درجه نامعینی
5- میرایی سازه
6- ویژیگی های رفتار غیر خطی سازه
7- خصوصیات مصالح
8- نسبت ابعاد ساختمان
9- چگونگی مکانیزم خرابی و عوامل دیگر.
با توجه به گستردگی دامنه تاثیر گذاری عوامل مختلف بر پارمتر های اجزاء ضریب رفتار به ندرت می توان گفت که دو سازه ضریب رفتار یکسانی خواهند داشت.
در ادامه تحقیقات از بین عوامل تاثیر گذار بر ضریب رفتار یک سازه دو عامل ظرفیت سازه و نیرو های ناشی از زلزه را می توان از عوامل اصلی نام برد، که فریمن تمام عوامل فوق را به دو عامل اصلی ظرفیت افزایش یافته سازه و احتیاجات لرزه ای بسط داده است.
در این روش ظرفیت افزایش یافته به اصطلاح مقاومت افزون نام دارد و با نمایش داده می شود. ضریب مقاومت افزون را می توان از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی با رسم منحنی ظرفیت سازه (برش پایه- تغیر مکان نقطه بام) از نسبت ضریب برش تسلیم کلی سازه به ضریب برش پایه متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه به دست آورد. عوامل موثری که در محاسبه این ضریب نقش دارند به شرح زیر می باشند.
1- ضرائب بار و ضرائب کاهش مقاومت مصالح
2- طراحی دست بالای اعضاء
3- سختی کرنشی
4- نامعینی سازه
5- شکل پذیری سازه
احتیاجات لرزه ای یا به عبارت دیگر ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری که با نمایش داده می شود، می توان گفت از رفتار غیر خطی سازه که منجر به میرایی و استهلاک انرژی می شود، به وجود آمده است. فریمن جهت محاسبه ضریب کاهش نیرو روش زیر را ارائه گردیده است:
در هنگام وقوع زلزله هر چه رفتار سازه از حد ارتجاعی فراتر رود سختی آن کاهش یافته و میرایی افزایش می یابد، در واقع در هنگام زلزله با ایجاد مفاصل پلاستیک در اعضاء سازه، سازه شکل پذیر تر می شود و به تبع افزایش شکل پذیری زمان پریود ارتعاشی سازه و همچنین میرایی سازه افزایش پیدا خواهد کرد و در نتیجه ی تمام این فرایند ها، کاهش نیرو های وارد بر سازه را خواهیم داشت.
در صورتیکه زمان پریود اولیه سازه که می تواند زمان پریود محاسباتی یا زمان پریود به دست آمده از آیین نامه باشد را بنامیم و زمان پریود ناشی از تغیر سختی که سازه وارد مرحله غیر خطی شده است را بنامیم، مقدار از نسبت مقدار نیروی مورد نیاز برای سازه با طیف ظرفیت 5% میرایی با زمان پریود ارتعاش اولیه به مقدار نیروی مورد نیاز در میرایی غیر خطی 20% سازه به دست خواهد آمد.
طبق مطالب فوق توسط روش فریمن ضریب رفتار از رابطه (2-3) محاسبه خواهد شد.
(2-3)
که در رابطه فوق ضریب مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو می باشد.
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ
در سال 1991 توسط محقق آمریکایی یوانگ با استفاده از نمودار منحنی ظرفیت سازه برای محاسبه ضریب رفتار رابطه ای به صورت زیر معرفی نمود.
(2-4)
که در رابطه (2-4) کاهش نیرو در اثر شکل پذیری سازه که تسبت به و ضریب مقاومت افزون می باشد، در ادمه پارامتر های معرفی شده را به طور کامل تشریح می نماییم.
می توان با در نظر گرفتن رفتار کلی یک سازه متعارف طبق شکل(2-1) مقدار مقاومت ارتجاعی مورد نیاز، در صورتیکه سازه کلا" در محدوده ارتجاعی باقی بماند پارامتر تعریف کنیم.

شکل (2-1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف
به طور کلی می توان گفت طراحی صحیح سازه منجر به شکل پذیر تر شدن سازه خواهد شد، در این وضعیت سازه می تواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر معرفی می شود، برسد. در نتیجه می توان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آنالیز های لرزه ای استفاده شود طرحی بهینه تر حادث می شود.
در شکل(2-1) حداکثر تغیر شکل نسبی ایجاد شده در طبقه می باشد که می توان گفت محاسبه مقدار با مقاومت حد خمیری سازه یا مقاومت نهایی به هنگام ایجاد مکانیزم گسیختگی متناظر بوده و احتیاج به تحلیل غیر خطی دارد به همین علت برای مقدار به صورت مستقیم رابطه ای مشخص نگردیده است از اینرو جهت مقاصد طراحی در برخی از آیین نامه ها مقدار را به مقدار کاهش می دهند.
نمایشگر تشکیل اولین مفصل پلاستیک در کل سازه می باشد و مقدار آن ترازی است که در آن پاسخ کلی سازه به گونه قابل توجهی از محدوده ارتجاعی سازه خارج شده است.
اختلاف مقدار نیرو های و را اصطلاحا مقاومت افزون () تعریف می نمایند، طبق رابطه (2-5).
(2-5)
لازم به ذکر است به علّت اینکه در بعضی از آیین نامه های طراحی بتنی یا فولادی از روشهای بار مجاز استفاده می نمایند، از اینرو آیین نامه های طراحی لرزه ای مانند آیین نامه های 2800 ایران، UBC-1994 و SEAOC-1988 مقدار را به کاهش می دهد. نسبت ضریب رفتار به دست آمده در آیین نامه های UBC-1994 و SEAOC-1988 (که با نمایش داده می شود) و 2800 ایران (که با R نمایش داده می شود) به ضریب رفتار به دست آمده در مقررات UBC-1997 یا NEHRP-2000 حدودا" عددی بین 4/1 تا 5/1 می باشد.
مزیت استفاده روش فوق این است که طراح، تنها یک تحلیل ارتجاعی انجام میدهد و سپس با استفاده از آیین نامه های جاری، ابعاد المانهای سازه ای را تعین مینماید.
طی تحقیقات به عمل آمده به علّت استفاده ازبه جای دو مشکل ایجاد می شود که عبارتند از:
1- محاسب قادر نخواهد بود مقاومت سازه را تعیین کند، لذا در صورتی که مقدار مقاومتی که به صورت ضمنی در آیین نامه های زلزله برای مقدار ضریب کاهش فرض شده است (مقاومت افزون) تامین نشود، رفتار سازه در زلزله های شدید رضایت بخش نخواهد بود.
2- مقادیر تغیر مکانهای غیر ارتجاعی را نمی توان باتحلیل ارتجاعی خطی محاسبه نمود که آیین نامه ها معمولا" از ضرائب تشدید تغیر مکانهای ارتجاعی () استفاده می نمایند.
محاسبه رابطه (2-4) در بعضی از آیین نامه ها مثل UBC-1997 ، IBC-2000 ، NEHRP-2000 مطابق با تنش های در حالت حد نهایی است ولی مطابق بعضی از آئین نامه هایی چون 2800 ایران، UBC-1988 یا UBC-1994 و.... باید ضریبی به نام Y برای طراحی بر اساس تنش های مجاز در رابطه (2-4) ضرب شود.
ضریب Y بر اساس برخورد آیین نامه های مصالح با تنش های طراحی (بار مجاز یا بار نهایی) تعین می شود و مقدار آن نسبت نیرو در هنگام تشکیل اولین مفصل پلاستیک () به نیروی پایه سازه دز هنگام ایجاد تنش های مجاز () می باشد.
(2-6)
طبق نتایج به دست آمده ضریب Y در محدوده 1.4تا 1.5 می باشد و برای مثال نتایج آیین نامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (2-7) برابر با1.44 می باشد.


(2-7)
در رابطه (2-7): Z مدول خمیری و S مدول ارتجاعی می باشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نیرو های زلزله است. می توان گفت مقدار 4/1 برای در نظر گرفتن ضریب بار مرده در آیین نامه بتن ACI-318 مشابه ضریب Y در رابطه (2-7) می باشد.
طبق پارامتر های تعریف شده فوق رابطه (2-8) برای محاسبه ضریب رفتار توسط روش یوانگ معرفی گردیده است.
(2-8)
2-3-2- روشهای اروپایی
در سالهای اخیر، پژوهشگران اروپایی نیز همگام با محققان آمریکایی به تحقیق در مورد برآورد ضرایب رفتار سازهها پرداخته اند. عمدتاً روشهایی که توسط اروپاییها مورد استفاده قرار گرفته به دو گروه تقسیم می شود: روشهای متکی بر تئوری شکل پذیری و روشهای انرژی. در ادامه این روشها به اختصار معرفی می شوند.
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری
این روش که بر مبنای تئوری شکل پذیری استوار است اولین بار توسط کاسنزا و همکاران در سال 1986 معرفی شده است. در این روش، ضریب رفتار () با توجه به شکل (2-2)، از رابطه (2-9) بدست می آید:
(2-9)
در رابطه (2-9): : ضریب ارتجاعی بحرانی برای بارهای قائم و : پارامتر وابسته به زمان تناوب ارتعاش سازه است و از رابطه (2-10) بدست می آید:
(2-10)
با توجه به دو رابطه اخیر میتوان را از رابطه (2-11) بدست آورد:
(2-11)
جهت تکمیل روش فوق، در سال 1996، مازولانی با استفاده از نتایج حاصل از پاسخ سیستمهای یک درجه آزاد، رابطه (2-12) را برای پیشنهاد کرده است.
(2-12)
از این رو برای زمانهای تناوب بزرگتر از ثانیه، دارای مقدار ثابت و برای یک تابع خطی از زمان تناوب است.

شکل (2-2): مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد [25]
2-3-2-2- روش انرژی
روش انرژی بر این فرض استوار است که حداکثر انرژی جنبشی ناشی از یک زلزله شدید با حداکثر انرژی که یک سازه قادر است جذب نماید، برابر است. معادله تعادل انرژی در یک سازه بصورت رابطه (2-13) است.
(2-13)
در رابطه (2-13): : حداکثر انرژی جنبشی قابل جذب و استهلاک در سازه، : انرژی ذخیره شده در سازه در مرحله تغییر شکل ارتجاعی، : انرژی ذخیره شده طی تغییر شکلهای غیرارتجاعی در سازه و کار انجام شده توسط نیروهای قائم در کل روند تغییر شکل سازه می باشد.
اگر طیف پاسخ شتاب زمین، در زلزله طراحی و انرژی جنبشی ناشی از آن نامیده شود، معمولاً می توان با اعمال یک ضریب آن را به شدیدترین زلزله طراحی، مرتبط کرد. با توجه به این موضوع، انرژی جنبشی ناشی از این زلزله مخرب که با استفاده از حداکثر شبه سرعت برآورده شده از طیف مشخص می گردد، توسط رابطه (2-14) به مرتبط می شود:
(2-14)
در نتیجه بنابر اصل تعادل انرژی ها، لازم است رابطه (2-15) برقرار باشد:
(2-15)
روشهای تحلیلی مفصل و پیچیده ای برای حل معادله فوق و استخراج ضرایب رفتار از آن وجود دارد که معروفترین آنها توسط کومو و لانی ارائه شده است. در اینجا به دلیل پیچیده و وقت گیر بودن این روشها از ذکر جزئیات آنها پرهیز می شود.
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار
2-4-1- شکل پذیری
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا" به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (2-16) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با نمایش داده میشود محاسبه میشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (2-16) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب QUOTEμs به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل 2-1).
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری (QUOTERμ ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(2-17)
که در این رابطهQUOTEFy مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا QUOTEμi) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از QUOTEμi، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم () برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری، QUOTE μ=μiنامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی QUOTE μ=μi و غیر ارتجاعی QUOTEμ=که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمانهای تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت
یافتن رابطه بین وQUOTERμو μs برای سیستم های یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند، عبارتند از: کراوینکلرو نصر، میراندو و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز، آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، فیشینگر و فایفر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، ال سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.
2-4-2- مقاومت افزون
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره ای از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره می شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها
4- ترکیب های مختلف بار
5- مقاومت اعضای غیر سازه ای(نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضای سازه ای (نظیر دالها) که در برآورده ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
6- افزایش مقاومت ناشی از محصور شدگی بتن
7- رعایت حداقل الزامات آیین نامه های طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسلیح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزه ای سازه ها
9- باز توزیع نیروهای داخلی در محدوده غیر ارتجاعی بر اثر نامعینی سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحلیل های دو بعدی
11- افزایش مقاومت اعضای بتنی بر اثر سرعت بارگذاری (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سیستم سازه ای
13- هندسه سازه و آرایش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آیین نامه طراحی
16- لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)
17- ملاحظات معماری
18- سطح فرهنگ و تکنولوژی ساخت
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادیر مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل یاد شده، بسیار پیچیده بوده و نمی تواند در طراحی سازه ای، قابل اعتماد باشد. از این رو لازم است پاره ای از عوامل کیفی ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمی نیز دسته بندی شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم سایر عوامل نیز در ظرفیت سازه لحاظ شود.
برای تعیین مقدار ضریب مقاومت افزون می توان علاوه بر روشهای آزمایشگاهی، از روشهای تحلیلی نیز استفاده نمود. بدین منظور می توان از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی(مانند روش تحلیل پوش آور، یا روش طیف ظرفیت)، استفاده کرد.
برای تعیین مقاومت افزون یک سازه، به این صورت عمل می شود که نیروهای ثقلی بر سازه اعمال شده و مقدار نیروی جانبی سازه با یک الگوی خاص (مثلاً الگوی مثلثی آیین نامه) به طور یکنواخت افزایش داده می شود و مقادیر برش پایه و تغییر مکان بام به طور مداوم ثبت می گردد. این عمل تا آنجا که اولین عضو سازه، جاری شده و در آن لولای خمیری به وجود آید، ادامه می یابد. افزایش نیرو بعد از این مرحله باعث باز توزیع نیروها در بقیه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نیروی جانبی بیشتر می شود. نیروی جانبی مجدداً افزایش داده می شود تا در بقیه اعضا نیز لولای خمیری تشکیل شود و در صورتی تحلیل متوقف می گردد که سازه ناپایدار (مکانیزم) شود یا شکل پذیری محلی یکی از اعضا از حد مجاز تجاوز نماید(عضو گسیخته شود)، یا معیارهای تعریف شده دیگری حاکم گردد. در این حالت، از تقسیم حداکثر نیروی جانبی تحمل شده توسط سازه به نیروی حد جاری شدن اولین عضو در سازه (تشکیل اولین لولای خمیری)، ضریب مقاومت افزون به دست می آید (شکل 2-1 ).
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000، در یکی از ترکیبهای بار ویژه خود از ضریب مقاومت افزون استفاده میکند. در این مورد قید شده است که هرگاه در این مقررات تصریح شود که نیروهای طراحی لرزهای در اجزای سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، باید ترکیب بار به شرح رابطه های (2-18) و (2-19) به ترتیب برای حالتهایی که این آثار افزاینده یا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گیرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه های (2-18) و (2-19):
: اثر نیروهای افقی و قائم زلزله،: شتاب طیفی طراحی در زمانهای تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه میشود،: اثر بارهای مرده،: اثر نیروهای افقی زلزله و: ضریب مقاومت افزون سیستم است. همچنین جمله در رابطههای فوق، لازم نیست که از حداکثر نیروی به وجود آمده در عضو تحت تحلیل خمیری یا پاسخ غیر خطی، بیشتر باشد. ضمناً استفاده از این ترکیبات بار ویژه برای طراحی اجزای سازهای در گروه لرزهای A، لازم نمیباشد.
آیین نامه UBC-1997، در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را وارد کرده است. این ترکیب بار که در هر یک از جهت های افقی بارگذاری لرزهای باید اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نیروی زلزله برآورد شده که در سازه به وجود خواهد آمد، ضریب افزایش نیروی زلزله ناشی از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پایه V است.
پآیین نامه IBC-2000 نیز در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعریف و مانند تعریف فوق برای آیین نامه UBC بوده، : اثر نیروهای افقی زلزله، : شتاب طیفی طراحی و: اثر بارهای مرده است.
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون
فریمن،ضرایب تقریبی مقاومت افزون را برای قابهای خمشی بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتیب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
یوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختمانی را که زلزله سال 1989 لوما پریتا تجربه کرده بودند، مورد تحلیل قرار دادند: یک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادی و یک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهای خمشی پیرامونی. ضرایب مقاومت افزون برای این دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحی بر اساس مقاومت، به ترتیب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شینوزوکا در سال 1994، یک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشی میانی را که در ناحیه لرزه خیزی 2 آیین نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پایه طراحی برای این ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبی ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدودیت برای آسیب سیستم، ضریب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحی «بدون آسیب» انتخاب شده بود، ضریب مقاومت افزون تقریباً 6/1 می شد).
برترو و تیلمو در سال 1999 اثر نامعینی و باز توزیع نیرو های داخلی را در طراحی مقاوم لرزه ای مورد مطالعه قرار دادند، نتیجه این مطالعات آن شد که باز توزیع نیرو های داخلی می تواند اثرات مفیدی بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذیری می باشد.
با مقایسه مقادیر به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف برای سازه های متفاوت چنین به نظر می رسد که پراکندگی در مقادیر گزارش شده برای ضریب مقاومت افزون قابل توجه و برای استفاده در طراحی حرفه ای زیاد است. بدیهی است که برای توسعه ضرایب مقاومت افزون با قابلیت اعتماد کافی که بتواند در آیین نامه های طراحی لرزه ای به کار رود، به مطالعات ویژه در مورد هر یک از سیستم های سازه ای با شرایط مختلف، نیاز است.
2-4-3- درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روشهای مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین گسیختگی را که ممکن بود در هر یک از اعضای سازه های سکوی دریایی رخ دهد، مشخص می‎کرد.
هنداوی و فرانگوپل در سال 1994، یک ضریب نامعینی احتمالاتی را پیشنهاد کردند. ضریب پیشنهادی این پژوهشگران به صورت نسبت احتمال تسلیم اولین عضو منهای احتمال انهدام، به احتمال انهدام سیستم تعریف می‎شد.
برترو پدر و پسر در سال 1999 برای اندازه اندگیزی نامعینی سازه‎های قابی تحت اثر حرکتهای زمین ناشی از زلزله، از مهفوم «درجه نامعینی» استفاده کردند. درجه نامعینی که این پژوهشگران مورد استفاده قرار دادند به عنوان تعداد نواحی بحرانی یا لولاهای خمیری در سیستم سازه‎ای تعریف می ‎شود که مقدار قابل توجهی از انرژی هیسترتیک خمیری را قبل از انهدام سازه مستهلک می‎نمایند. در پژوهش های شده، اثرهای مقاومت افزون، ضرائب تغییرات نیاز و ظرفیت و دیگر عوامل، بررسی شده و چنین نتیجه گیری شده است، که جدا کردن نامعینی از عوامل دیگر دشوار است.
در ATC-19 و ATC-34 به منظورکمّی کردن قابلیت اعتماد سیستم های قاب لرزه ای، ضرایبی به عنوان ضرایب نامعینی پیشنهاد شده است.
آیین نامه ساختمانی متحدالشکل (UBC)و مقررات NEHRP، از سال 1997 یک ضریب QUOTEρ با عنوان ضریب قابلیت اعتماد / نامعینی معرفی کرده اند که در نیروی جانبی زلزله برای طراحی ضرب می شود. در آیین نامه ساختمانی بین المللی (IBC) سال 2000 نیز چنین ضریبی آورده شده است. در پی این بررسی ها گفته شده است که برای رسیدن به ضریب نامعینی کمی و قابل قبول که بتواند در ارزیابی سازه ها و نیز طراحی مورد استفاده قرار گیرد، به تحقیقات و تجربیات گسترده ای نیاز است.
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای
نتایج نخستین پژوهشی که در رابطه با استفاده از مفهوم قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای و ارتباط آن با درجه نا معینی این سیستم ها انجام شد، طی پروژه - ریسرچای در سال 1974، توسط موسز(موسی) منتشر گردید. گر چه مبنای این تحقیقات و یافته های آن بر اساس بارگذاری لرزه ای بررسی کرده اند از نتایج کارهای موسز استفاده شده و دستاوردهای این محقق برای بارگذاری لرزه ای نیز تعمیم یافته است.
برای یک طراحی ایمن، موضوع قابلیت اعتماد، غالباً متوجه عضوهایی نظیر تیرها و ستونها می باشد.ضرایب اطمینان طراحی که به این ترتیب به دست می آیند، این تضمین را می دهند که احتمال خرابی عضو در برش، خمش، و نیروی محوری کوچک باشد. این در حالی است که این اجزا عموماً بخشی از یک سیستم سازه ای را تشکیل می دهند و اندر کنش بین عضو و سیستم سازه ای از قابلیت اغتماد یک عضو سازه ای بیشتر است یا کمتر؟ پاسخ به این سؤال به عواملی مانند، درجات نامعینی استاتیکی، شکل پذیری، خصوصیات مودهای خرابی و پیکربندی سیستم سازه ای وابسته است.
تا کنون از دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای، که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی سازه ای می توانند مفید باشند، استفاده شده است. در ادامه دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی مفید باشند، مطرح خواهد شد. یک سیستم سازه ای ممکن است دارای اعضای موازی، سِری یا ترکیبی از این دو باشد. در سیستم های سری با خرابی هر عضو،کل سیستم دچار خرابی می گردد و بدین لحاظ به آن، سیستم ضعیف ترین اتصال گفته می شود. سازه های معین استاتیکی مثالهایی از این نوع سیستم ها هستند.
در سیستمهای موازی پس از خرابی عضوی خاص، توزیع مجدد نیرو در اعضای انجام می پذیرد و این عمل آنقدر ادامه می یابد تا سیستم دچار انهدام شود. بدین لحاظ به سیستم موازی، سیستم ایمن- زوال نیز گفته می شود. این سیستم در تحلیل انهدام سازه های نامعین استاتیکی که خرابی در آنها هنگامی رخ می دهدکه چندین عضو به ظرفیت مقاومت خود برسند، مورد استفاده قرار می گیرد.
اینکه چندین عضو به ظرفیت مقاومتی خود برسند، حاکی از آن است که سیستم به نوعی دارای مقاومت همبسته است، این موضوع را نشان می دهند که متغیرهای تصادفی مقاومت، به گونه ای به یکدیگر مرتبط اند که اگر مقاومت یک عضو، مثلاً بیشتر از مقدار میانگین خود، بیشتر باشند. این همبستگی ممکن است بر اثر وجود منابع مشترک مصالح، تشابه روش ساخت، روشهای کنترل و بازرسی، و شاید تعبیر یکنواختی مقاومتها توسط طراح پدید آید. فرض استقلال مقاومتها به مفهوم عدم همبستگی بین آنهاست.
در سیستم های موازی، استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه کاهش عدم قطعیت مقاومت کلی افزایش می‎دهد. خلاف این موضوع برای سیستم های سری صادق است. در سیستم های سرس استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه افزایش احتمال آنکه با خرابی یک عضو خاص، کل سیستم خراب شود، کاهش می دهد.
مدلهای موازی و سری، تنها الگوهای ایده آل هستند و اکثر سازه ها ترکیبی از این مدلها می باشند. برای مثال، در یک ساختمان چند طبقه، هرستون واقع در یک طبقه ساختمان چند طبقه، هر ستون واقع در یک طبقه در برابر بار جانبی، مانند قسمتی از یک سیستم موازی عمل می‎کند، در حالی که هر طبقه ساختمان قسمتی از یک سیستم سری را تشکیل می‎دهد.
هنگامی که عدم قطعیت در بارگذاری مطرح باشد، مقایسه مدلها تا حدی مخدوش می شود. یعنی چنانچه عدم قطعیت در بار خارجی (مثلاً بیان شده بر حسب ضریب تغیرات بار، VR خیلی بیشتر از عدم قطعیت در مقاومت (VR) باشد)، احتمال خرابی توسط VL کنترل می‎شود و رفتار سیستم خواه سری باشد یا موازی و خواه همبسته باشد یا مستقل، تأثیر کمی بر روی احتمال خرابی خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر گرد بادی که احتمال وقوع آن خیلی کم است بر ساختمانی که برای بارهای معمولی باد طرح شده است اثر کند، سازه صرف نظر از نوع پیکر بندیش خراب خواهد شد. در حالت متداول تر بارگذاری که در آن، طراح به طور ویژه استراتژی حفاظتی در برابر بارهای نهایی از قبیل طوفان یا زلزله را مد نظر قرار داده باشد، پیکر بندی سازه و نوع سیستم در ارزیابی قابلیت اعتماد مؤثر خواهد بود. از دیگر نکاتی که روی اندر کنش عضو و سیستم سازه اثر می‎گذارد، رفتار عضو پس از رسیدن به ظرفیت اسمی اوست. یک عضو شکل پذیر، تراز نیروی خود را در صورت ادامه تغیر مکان، کاهش می‎یابد. از این رو، در اکثر سازه هایی که اعضای ترد دارند، رفتار سازه صرف نظر از هندسه پیکربندی، همانند سیستم های سری می‎باشد. به عبارت دیگر، خرابی هر عضو باعث خرابی سیستم خواهد شد. تنها سازه های با درجه نامعینی استاتیکی بالا که دارای ضریب اطمینان اسمی بزرگی نیز باشند، به اندازه کافی طرفیت مقاومتی ذخیره خواهند داشت تا پس از خرابی عضوی ترد بتوانند توزیع مجدد نیرو کرده و به انتقال بار ادامه دهند.
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف
همانگونه که در جدول (2-2) اشاره شد، موسز ضریب کاهش مقاومت میانگین را متناسب با عکس جذر تعداد شرطهای مقاومتی مستقل (لوله های خمیری در یک سیستم با امکان حرکت جانبی) برای قابهای نامعین مقاوم، پیشنهاد کرده بود. در 19-ATC، فرض شده است که برای تأمین نامعینی کافی در هر یک از جهت های اصلی سازه یک ساختمان، حداقل چهار ردیف قابهای لرزه ای قائم که از نظر مقاومت و تغییر شکل سازگار باشند، لازم است. از این رو، با در نظر گرفتن هر یک از ردیفهای قاب لرزه ای قائم به عنوان یک شرط مقاومتی در حرکت جانبی، مقادیر جدول(2-2) به دست خواهد آمد. این آیین نامه، ضریب نامعینی را به عنوان بخشی از فرمولاسیون ضریب رفتار پیشنهادی خود قلمداد کرده و آن را در ردیف ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری و ضریب مقاومت افزوم قرار داده است.
جدول (2-1): مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسزتعداد ردیفهای قاب لرزه بر ضریب نامعینی ATC-19 ضریب محاسباتی از پیشنهاد موسز
2 71/0 707/0
3 86/0 866/0
4 00/1 00/1
در مورد نامعینی سازه ها ذکر این نکته ضروری است که اگر طراحی سازه ای برای نیروهای وارد بر آن به صورت کاملاً بهینه صورت گرفته باشد، ممکن است لولاهای خمیری به صورت متوالی تشکیل نشده و تعداد زیادی از لولاها همزمان تشکیل گردند، در چنین حالتی درجات نامعینی شازه به یکباره کاهش قابل ملاحظه ای یافته و از اعتماد به پایداری آن کاسته می‎شود. در تفسیر مقرراتNEHRP سال 2000 نیز قید شده است که عدم تشکیل لولاهای خمیری به صورت متوالی و مناسب در سازه هایی که بهینه سازی می‎شوند، موجب می‎گردد که مقادیر، پارامترهای طراحی برای تأمین عملکرد مناسب در این سازه ها کافی نباشد. گرچه روشهای برخورد با نامعینی سازه ها متفاوت است، ولی نکته قابل توجه درتمام روشها گستردگی دامنه تغییرات ضریب درجه نامعینی سازه ها است. بدین معنی که، در یک نوع سیستم سازه ای بدون تغییر در مصالح و اجرای آن، تنها عامل نامعینی می تواند اعتماد به پایداری سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله، و به تبع آن ضریب رفتار سازه را به شدت تحت تأثیر قرار دهد.
این مسئله هشداری است برای سازه هایی که با وجود نامعینی کم، با استفاده ا زضرایب رفتار توصیه شده در آیین نامه، طراحی و اجرا می‎شوند.
در سه آیین نامه NEHRP، UBC،IBC، اثر نامعینی به طور غیر مستقیم وارد شده است، زیرا در صورتی که تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله(اعضایی که برش طبقه بین آنها توزیع می‎شود) زیاد بوده و اختلاف ظرفیت باربری آنها کم باشد، ضمن اینکه برش طبقه بین تعداد بیشتری از اعضا تقسیم می‎شود، نسبت برش عضو به طبقه نیز کاهش می‎یابد. در این صورت، مقدار ضریب قابلیت اعتماد/ نامعینی کاهش خواهد یافت، در حالی که اگر تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله، کم بوده یا ظرفیت باربری آنها اختلاف زیادی با هم داشته باشد، سهم تعدادی از اعضا(که مقاومت بیشتری دارند) از برش طبقه زیاد شده و متناسب با آن مقدار ضریب قابلیت اعتماد یا نامعینی افزایش خواهد یافت. از این رو، طرح به گونه ای غیر مستقیم وادار می‎شود تا از تعداد اعضای مقاوم بیشتر و یکنواخت تری در سازه و بویژه در دو سوم پایانی ارتفاع سازه استفاده کند. در آیین نامه ها، ضریب نامعینی، در ترکیبات بارگذاری لرزه ای دخالت داده شده است. مبنای این ضریب، تقسیم برش طبقه به صورت نسبتاً یکنواخت بین تعداد زیادی از اعضای بابر است. این تعداد به مساحت طبقه بستگی دارد و با افزایش مساحت، طراح ملزم می‎شود از اعضای باربر بیشتری برای مقابله با بارهای جانبی زلزله استفاده کند، یا درغیر این صورت، جریمه آن را که تحمل ضرایب بزرگتری در ترکیبات بار است، بپذیرد. در روش موسز، تنها یک ضریب برای کاهش مقاومت متناسب با جذر تعداد شرطهای مقاومتی یا لولاهای خمیری دریک سیستم نامعین پیشنهاد شده است.
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها
مطابق مطالعات برترو، در نظر گرفتن نامعینی آثار سودمندی در پاسخ سازه ها به حرکتهای زلزله دارد. به هر حال، هر یک از اثرها می تواند و باید در جای مناسب خود در فرآیند طراحی لحاظ شود و نبایستی با ضریب کاهنده Rs ناشی از مقاومت افزون یا اثر احتمالاتی نامعینی بر قابیت اعتماد سیستم، غلط شود. برخی از اثرهای نامعینی بر پاسخ لرزه ای به صورت زیر است.

dad100

واژههای کلیدی : گلرنگ زراعی، تنوع ژنتیکی، شرایط دیم، تجزیه و تحلیل چند متغیره
فصل اولمقدمه و کلّیاتمقدمه
1-1- تنوع ژنتیکی
اصلاح‌نباتات بر پایه اصول ژنتیکی یکی از فنون موفق در قرن بیستم به شمار می‌رود. افزایش میزان تولید محصولات کشاورزی، ‌همچنین تغذیه جهانی به طور عمده مرهون روش‌های به نژادی یا اصلاح‌نباتات و معرفی واریته‌های پرمحصول اصلاح شده می‌باشد (عبدمیشانی وهمکاران،‌1387). منابع ژنتیکی گیاهی در علم کشاورزی و تولید غذا، ‌اساس امنیت جهانی غذا هستند. آنها تنوع ژنتیکی موجود در ارقام سنتی، ارقام جدید، خویشاوند و حتی گیاهان زراعی و گونه‌های وحشی دیگر را در بر می‌گیرند. پیش‌بینی می‌شود که جمعیت جهان در سال 2020 میلادی به 8 میلیارد نفر برسد و برای تامین نیاز غذایی روزافزون، استفاده از دامنه وسیع تنوع ژنتیکی موجود در گیاهان دنیا ضروری است (کامسوارا و رائو 2004، سینگ، 1990، جین و همکاران، 1975). افزایش تولید با کیفیت مطلوب مستلزم فعالیت‌های به نژادی بر پایه تنوع وسیع ژرم‌پلاسم است. لذا ژرم‌پلاسم گیاهی پایه و اساس تمامی تحقیقات ژنتیکی و به‌نژادی به منزله خونی است که در کالبد برنامه‌های اصلاح نباتاتی جریان دارد (دانایی و همکاران،‌ 1380). تنوع ژنتیکی یا به علت جدایی جغرافیایی یا به علت موانع ژنتیکی تلاقی‌پذیری است شایان ذکر است که بین مفهوم تغییرپذیری، ‌مفهوم تنوع، تفاوت وجود دارد. بدین معنی که تغییرپذیری دارای تفاوت‌های قابل مشاهده فنوتیپی است اما چنین تفاوت‌های قابل مشاهده‌ای ممکن است در مفهوم تنوع باشد و یا نباشد (فرشادفر، 1376). یعنی ممکن است تنوع‌ژنتیکی، ‌بروز ظاهری و فنوتیپی قابل مشاهده نداشته باشد (باقری و همکاران، 1380). آگاهی دقیق از تنوع ژنتیکی مجموعه‌های ژنتیکی گیاهی،‌ ضمن حفظ ذخایر ژنتیکی گیاهی باعث استفاده از آنها در برنامه‌های اصلاحی می‌شود )ویرک و همکاران، 1995). یکی از اولین قدم‌ها در یک برنامه موفق به‌نژادی، ‌تشخیص صحیح ژنوتیپ‌های مطلوب است (صالحی ‌جوزانی و همکاران، 1382 و شعبانی، 1378). ابتدا تنوع توده‌های بومی و موجود مورد انتخاب قرار می‌گیرد و در صورت پیشرفت و رسیدن به یکنواختی تا ایجاد تنوع مصنوعی، این انتخاب گسترش می‌یابد (سرخی هه لو، 1374).
والدینی که از لحاظ ژنتیکی متفاوت هستند هیبریدهایی با هتروزیس بیشتر تولید می‌کنند که احتمال بدست آوردن نتایج تفرق یافته برتر از والدین را افزیش می‌دهند (کرافت و همکاران، 1997 و بیر و همکاران، 1993). بسیاری از ژن‌های مفید در ارقام محلی و جوامع گیاهی پراکنده بوده و در طول هزاران سال توسط کشاورزان، طبیعت به دلیل سازگاری، مقاومت یا تولید محصول بیشتر گزینش شده‌اند (چارکوست و ایسو، ‌1994). تنوع ژنتیکی در جمعیت‌های گیاهی بر اثر مجموعه‌ای از مکانیسم‌ها شامل جهش، نوترکیبی، مهاجرت، جریان ژن، رانده‌شدن ژنتیکی و انتخاب طبیعی یا مصنوعی به وجود آمده و حفظ می‌گردد. استفاده موثر از منابع ژنتیک و ذخایر توارثی گیاهان زراعی نیازمند اطلاع از تنوع، به عنوان یکی از گام‌های پایه‌ای و اساسی در نگهداری و حفاظت مواد ژنتیکی در بانک ژن و اجرای برنامه‌های به نژادی است (قهرمانزاده و همکاران، 1384). علاوه بر این اطلاع از سطح تنوع موجود در ژرم‌پلاسم‌ها خزانه ژنی برای تشخیص تکرار‌ها در بانک‌های ژنی، ‌غنی‌سازی ذخایر ژنتیکی از طریق اینتروگروسیون ژن‌های مطلوب و شناسایی ژن‌های مناسب ضروری به نظر می‌رسد (محمدی، 1385).
گزینش بر پایه اطلاعات ژنتیکی سبب افزایش عملکرد در هکتار به میزان 50% ظرف مدت 30 تا 40 سال اخیر شده است (ولیزاده، 1372). از این رو ارزیابی تنوع‌ژنتیکی در گیاهان زراعی برای برنامه‌های اصلاح‌نباتات و حفاظت از ذخایر توارث از اهمیت زیادی برخوردار است (فراهانی و همکاران، 1385). یعنی بدون تنوع، ‌هیچ برنامه اصلاحی قابل اجرا نیست. (عبدمیشانی وهمکاران،‌1387).
1-2- روش های شناسایی و بررسی تنوع ژنتیکیفنوتیپ یک گیاه توسط ترکیب ژنتیکی آن و عوامل محیطی تعیین می‌گردد. صفات مختلف گیاهی را می‌توان از نظر تعداد ژن‌های کنترل کننده و چگونگی تاثیر عوامل محیطی به دو دسته عمده تقسیم‌بندی نمود. صفات کیفی که در کنترل آنها تعداد بسیار کمی ژن دخالت داشته و عوامل محیطی در بروز آنها تأثیر چندانی ندارند. و صفات کمّی که تعداد زیادی ژن و عوامل بی‌شماری در بروز آنها دخالت دارند. صفات کیفی توارث‌پذیری بالایی داشته و در نتیجه انتخاب و اصلاح‌نژاد برای آنها نسبتاً آسان بوده و نیازی به انتخاب غیرمستقیم نیست. بر عکس صفات کمّی توارث پذیری پایینی داشته و انتخاب مستقیم و اصلاح نژاد برای آنها با مشکل روبرو است. از سال‌های دور محققین اصلاح نباتات در پی یافتن نشانگرهای ژنتیکی که با صفات کمّی پیوستگی نشان می‌دهند، بوده‌اند. از این نشانگرها می‌توان به عنوان معیار غیر مستقیم انتخاب استفاده نمود (فولاد و جونز، 1375). هر شاخص قابل ارزیابی فنوتیپی یا ژنوتیپی را می‌توان نشانگر نامید. رنگ گل، رنگ بذر، یک ترکیب شیمیایی خاص، بو، طعم خاص، فرم‌های مختلف یک آنزیم، پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر، تفاوت طولی قطعات برشی دی. ان. ای و غیره را می‌توان به عنوان نشانگر در نظر گرفت (سادات نوری و نجف‌آبادی، 1385). در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی که با یک نشانگر ژنتیکی دارد، تشخیص داده و انتخاب ‌شود یعنی نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یکی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیکی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همکاران، 1386). مهمترین داده‌هایی که از طریق این گونه بررسی‌ها و مطالعات به دست می‌آیند عبارتند از اطلاعات شجره‌ای، داده‌های مورفولوژیک، ‌داده‌های بیوشیمیایی حاصل از تجزیه و تحلیل ایزوزایم‌ها و پروتئین‌های ذخیره‌ای و اخیراً داده‌های مبتنی بر نشانگرهای دی. ان. ای تمایز و طبقه‌بندی ژنوتیپ‌ها و ارقام گیاهی را با اطمینان بیشتری امکان‌پذیر ساخته‌اند (فاضلی، 1387).
نشانگرهایی که در مطالعات ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:
نشانگرهای مورفولوژیکی و زراعی
نشانگرها هر کدام دارای معایب و مزایایی هستند مشکل عمده نشانگرهای مورفولوژیکی این است که ممکن است آنها فنوتیپ تغییر یافته‌ای را که با نیازهای زارع منطبق نیست شناسایی نماید، دلایل آن می‌تواند یکی از عوامل زیر باشد: غالبیت،‌ عدم تظاهر در مراحل نمو، اثرات مضر محیطی، پلیوتروپی، اپیستازی، ‌تغییرات در نفوذ ژن و کم بودن چندشکلی (اروس، 1993).
نشانگرهای بیوشیمیایی مانند پروتئین و آیزوزایم
در دهه 1950، نشانگرهای مولکولی قابل مشاهده توسط الکتروفورز پروتئین‌ها تحول شگرفی را ایجاد نمودند. آیزوزایم‌ها به طور گسترده در بررسی تنوع‌ژنتیکی و طبقه‌بندی گیاهان زراعی به کار گرفته شدند. هر چند در دهه اخیر فناوری‌های مرتبط با دی. ان. ای در این زمینه پیشی گرفته‌اند. تا اواخر دهه 1970 نقشه‌های ژنتیکی تلفیقی (آیزوزایم‌ها و نشانگرهای مورفولوژیکی) بسیاری از گونه‌های مهم تهیه شدند. نشانگرهای پروتئینی نیز معایب ویژه خود را دارند. از معایب این نشانگرها محدود بودن آنهاست. همچنین تظاهر برخی از آنزیم‌ها و پروتئین‌ها تحت تأثیر مرحله رشد گیاه قرار می‌گیرد (نقوی و همکاران، 1386).
نشانگرهای DNA
مارکرهای مولکولی و نشانگرهای DNAابزار مناسبی هستند که بر اساس آن می‌توان جایگاه ژنی و کروموزمی عوامل تعیین کننده صفات مطلوب را شناسایی کرد. با دانستن جایگاه یک ژن روی کروموزوم می‌توان از نشانگرهای مجاور آن برای تأیید وجود صفت در نسلهای تحت گزینش استفاده نمود. با در دست داشتن تعداد زیادتر نشانگر می‌توان نقشه‌های ژنتیکی کاملتری را تهیه نمود که پوشش کاملی را در تمام کروموزم‌های گیاهان به وجود می‌آورد. استفاده از نشانگرها موجب افزایش اطلاعات مفید و مناسب از جنبه‌های پایه و کاربردی در اصلاح نباتات خواهد گردید.
انتخاب به کمک نشانگرهای مولکولی راه حلی است که دست‌آورد زیست‌شناسان مولکولی برای متخصصان اصلاح نباتات می‌باشد. در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی که با یک نشانگر ژنتیکی دارد، تشخیص داده و انتخاب می‌شود. بنابراین به عنوان قدم اول در روش انتخاب به کمک نشانگر باید نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یکی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیکی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همکاران، 1386).
اگر مطالعات مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی به صورت توأم انجام شوند و از تجزیه‌چند متغیره مناسب استفاده شود تنوع ژنتیکی بهتر برآورد می‌گردد (محمدی و پراسانا، 2003 و ولمن و همکاران، 2005).
 1-3- اهمیت تولید دانه های روغنی
با توجه به نیاز فزاینده کشور به روغنهای خوراکی، توسعه کشت دانه‌های روغنی از اهمیت زیادی برخوردار است. افزایش تقاضا برای روغن در بازارهای جهانی و بالطبع افزایش قیمت و واردات در کشورهای مصرف کننده و روند افزایش مصرف سرانه روغن نباتی از جمله عواملی هستند که اهمیت توسعه کشت دانه‌های روغنی و گسترش برنامه‌های علمی-تحقیقاتی را بیش از پیش روشن می‌سازد. تنوع ژنتیکی برای عملکرد دانه، میزان روغن و ترکیب اسیدهای چرب برای اصلاح دانه و کیفیت روغن و توسعه رقم‌ها ضروری است (اهلروگو 1994). برنامه‌های اصلاحی فعلی و آینده نه تنها نیازمند دسترسی به این تنوع‌ها می‌باشد بلکه وابسته به نگهداری و مدیریت صحیح حفظ و استفاده از آنها نیز هست (ویلیام و همکاران، 1990). تشکیل روغن و چربی در درجه نخست تابع ژن‌های کنترل کننده و در درجه دوم تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می‌گیرد (آلیاری و شکاری، 1379).
گلرنگ یکی از قدیمی‌ترین دانه‌های روغنی دنیا می‌باشد که خاستگاه و تنوع آن خاورمیانه است (داجو و همکاران، 1993). برنامه‌های مهم اولیه برای توسعه گیاه گلرنگ بعنوان یک محصول تجاری با افزایش محتوی روغن دانه و شناسایی ژنهای مقاومت به چند بیماری مهم گلرنگ (نظیر زنگ، پژمردگی فوزاریومی، سوختگی برگ آلترناریا، پژمردگی ریشه فیتوفترایی) آغاز گردید (نولز، 1989). گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف کمی و کیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیکی وسیعی می‌باشد.
گلرنگ گیاهی است که انواع تیپ‌های وحشی و توده‌های محلی آن در سراسر ایران وجود دارد و سازگاری زیادی با شرایط خشکی، کویری، شوری و گرما دارد. این سازگاری را در طی سالیان متمادی در طبیعت کسب کرده و می‌توان بسیاری از زمین‌های کم‌بهره را به زیر کشت این گیاه برد. موفقیت تولید گلرنگ به عنوان یک گیاه اقتصادی و رقابت آن با سایر گیاهان روغنی وابسته به معرفی، توسعه و ایجاد رقم‌هایی با عملکرد دانه و میزان روغن بالاست. کارایی برنامه گزینش برای اصلاح صفات کمی از جمله عملکرد دانه و میزان روغن بطور عمده وابسته به تنوع ژنتیکی این صفات و همبستگی آنها با سایر صفات است (فالکونر و مکای، 1996 و گوان و همکاران، 2008(.
گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف کمی و کیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیکی وسیعی می‌باشد. تصور می‌شود که در کل 25179 نمونه از ژرم‌پلاسم گلرنگ در 22 بانک ژن از 15 کشور ذخیره شده باشد (زانگ، 2001).
مقدار روغن دانه گلرنگ مهم بوده و دانه‌هایی با بیش از 38 درصد روغن به صورت دانه‌های روغنی به فروش می‌رسند. فاکتورهایی چون پیری زودرس و کوتاه بودن دوره پر‌شدن دانه‌ها می‌تواند باعث کاهش میزان روغن آنها شود (پاسبان اسلام، 1383).
1-4- خصوصیات مهم گیاه شناسی گلرنگ
گلرنگ زراعی جز خانواده کمپوزیته یا آستراسه بوده و گیاهی است علفی و خاردار، یکساله یا یکساله زمستانه، پرشاخه با تعداد زیادی خار روی برگ‌ها و براکته‌ها و بذور سفید رنگ که به طور متوسط 03/0 تا 04/0 گرم وزن داشته و دارای سطح صاف و چهار وجهی با پریکارب ضخیم بوده و در برخی ارقام دارای اندازه‌های مختلف پرز هستند بعد از جوانه‌زنی، ‌رشد آرام مرحله روزت آغاز می‌شود که در طی آن بوته دارای تعداد زیادی برگ نزدیک سطح زمین می‌شود،‌ ریشه‌های اصلی توسعه یافته و شروع به نفوذ به عمق خاک می‌کنند اما ساقه ایجاد نمی‌شود. در مرحله روزت گیاهان به سرما و یخبندان مقاوم بوده ولی نسبت به علف‌های‌‌هرز سریع‌الرشد بسیار آسیب‌پذیرند. متعاقباً (بعد از مرحله روزت) ساقه‌ها به سرعت طویل شده و شاخه‌زایی می‌کنند. زاویه بین شاخه و ساقه بین 30 تا 70 درجه متغیر بوده و میزان شاخه‌زایی بطور ژنتیکی و محیطی کنترل می‌شود. هر شاخه به یک قوزه گل که به وسیله براکته‌ها احاطه شده و عموماً خاردارند، منتهی می‌شود. برگهای تحتانی معمولاً دارای دندانه‌های عمیق و برگهای نزدیک قوزه،‌ جایی که براکته‌های گریبانک را تشکیل می‌دهند، ‌به شکل تخم مرغی تا تخم مرغی واژگون هستند. خارهای ساقه در مرحله غنچه‌دهی بوجود آمده و تا مرحله گلدهی سخت و محکم می‌شوند. ارقامی که تقریباً عاری از خار هستند برای برداشت دستی گل و دانه در برخی مناطق جغرافیایی توسعه یافته‌اند.
1-5- نحوه گرده افشانی گرده افشانی زمانی انجام می‌شود که خامه و کلاله از درون ستون بساک برروی جام گل رشد کنند. کلاله رشد یافته (طویل شده) که هنوز تلقیح نشده ممکن است قدرت دریافت دانه گرده را تا چندین روز داشته باشد. زنبور عسل، زنبور معمولی و سایر حشرات گلهای گلرنگ را برای دانه گرده و شهد گل جستجو کرده و باعث افزایش میزان دگرگشنی می‌شوند. گرده افشانی به وسیله باد بر روی دانه‌بندی گلرنگ تاثیری ندارد. قوزه‌های کامل دارای 30-15 و یا بیشتر بذر بوده که 4 تا 5 هفته بعد از گلدهی به مرحله رسیدن فیزیولوژیک می‌رسند.
1-6- بذردانه رسیده ارقام معمولی دارای 33 تا 60 درصد پوسته و 40 تا 67 درصد مغز دانه است. میزان روغن دانه 20 تا 45 درصد کل دانه است. گزینش برای میزان بالای روغن در ارقام جدید باعث کاهش ضخامت فرابر شده است و میزان بذردهی طی 15 روز بعد از گلدهی 5 تا 10 برابر افزایش یافت. (هیل و نولز، 1968).
1-7- منشاء جغرافیاییواویلو در سال 1951 سه ناحیه را به عنوان منشأ جغرافیایی گونه زراعی گلرنگ معرفی نموده است:
هندوستان (مرکز 2 واویلوف): بر اساس تنوع و کشت سنتی آن.
افغانستان (مرکز 3 واویلوف): بر اساس تنوع و مجاورت با گونه‌های وحشی.
اتیوپی (مرکز 4 واویلوف): بر اساس وجود گونه‌های وحشی گلرنگ.
نولز (1969) با اشاره به چندین مرکز کشت و مصرف گلرنگ در دنیای قدیم فرضیه مراکز تشابه را ارائه نمود. مراکز تشابه شامل هفت منطقه ذیل است:
خاور دور (مرکز 1 واویلوف - چین): چین، ژاپن، کره.
هندوستان - پاکستان (مرکز 2 واویلوف، هندوستان): هندوستان، غرب و شرق پاکستان.
خاورمیانه (مرکز 3 و4 واویلوف، آسیای مرکزی و خاور نزدیک): افغانستان تا ترکیه .جنوب شوروی سابق تا اقیانوس هند.
4- مصر (مرکز 5 واویلوف، مدیترانه ای): حاشیه رود نیل در شمال آسوان.
5ـ سودان (تا جنوب مرکز 5 واویلوف): حاشیه رود نیل در شمال سودان و جنوب مصر.
6ـ اتیوپی (مرکز 4 واویلوف، اتیوپی).
7ـ اروپا (بخش غربی مرکز 5 واویلوف): اسپانیا، پرتغال، فرانسه، ایتالیا، رومانی، مراکش و الجزایر.
1-8- تاریخچه کشت گلرنگسابقه کشت گلرنگ در کشور مصر به 4000 سال قبل می‌رسد و به احتمال قوی در شمال شرقی هندوستان، ایران یا ترکیه اهلی گردیده است. در بین گیاهان متداول روغنی، گلرنگ بومی کشور بوده و ایران به عنوان یکی از مراکز تنوع آن شناخته شده است. سازگاری وسیع این دانه روغنی به شرایط مختلف آب و هوایی به اثبات رسیده و گونه‌های وحشی آن در سراسر کشور مشاهده می‌شود. در گذشته سطح زیر کشت گلرنگ در هند قابل توجه بوده و روغن گلرنگ حدود 4 درصد کل روغن نباتی خوراکی هند را تشکیل می‌داد، ولی عملاً به دلیل اعمال مدیریت ضعیف مزرعه، عملکرد حاصله رضایت‌بخش نبوده است. در کشور ژاپن بیش از 40 درصد روغن مصرفی متعلق به گلرنگ بوده که عمدتاً از کالیفرنیا خریداری می‌شود، زیرا در کالیفرنیا به کیفیت روغن تولید شده، توجه زیادی می‌شود (پاسبان اسلام، 1383). توده‌های بومی گلرنگ زراعی در اکثر مناطق ایران وجود دارند. در گذشته از گلچه‌های این گیاه به عنوان رنگ خوراکی و صنعتی استفاده می‌شد و دانه آن نیز به مصرف ماکیان می‌رسید، اما با وارد شدن رنگ‌های شیمیایی ارزان قیمت به بازار، کشت آن محدود شد و تنها به عنوان یک گیاه روغنی مورد توجه قرار گرفت. خوشبختانه در سال‌های اخیر مضرات متعدد رنگ‌های خوراکی شیمیایی آشکار شده و گرایش به سمت استفاده از رنگ‌های طبیعی بیشتر شده است (پورداد و همکاران، 1385).
1-9- پراکنش و تولید جهانی گلرنگ
در حال حاضر گلرنگ در 60 کشور جهان کشت می‌شود (بولز و همکاران، 2008) هندوستان هر ساله تقریباً نیمی از گلرنگ جهان را تولید می‌کند و عمده آن در داخل همان کشور مصرف می‌شود. پس از هندوستان، ایالات متحده‌آمریکا در رتبه بعدی قرار دارد. ایالت کالیفرنیای آمریکا دومین تولید کننده بزرگ گلرنگ در دنیاست. مکزیک، آرژانتین، استرالیا و چین از کشورهای مهم تولید کننده گلرنگ در جهان هستند (گیلبرت، 2008).
وضعیت زراعت گلرنگ طی ده سال اخیر نشان می‌دهد که سطح زیر کشت این محصول متغیر بوده و در نتیجه میزان تولید دانه نیز متغیر بوده است (جدول1-1).
جدول 1-1- وضعیت سطح زیر کشت، تولید و عملکرد دانه گلرنگ در جهان طی 10 سال (2011-2002)
سال سطح برداشت شده
(هکتار) تولید دانه (تن ) عملکرد دانه
(کیلوگرم در هکتار)
2002 722160 560499 1/776
2003 877744 703884 9/801
2004 949675 654010 6/688
2005 819756 582039 710
2006 687719 528602 6/768
2007 737818 622048 6/842
2008 691436 615214 7/889
2009 788744 648560 3/822
2010 794944 645178 6/811
2011 600440 591997 9/985
1-10- مصارف گلرنگاستفاده از گلرنگ به عنوان یک دانه روغنی تجاری سابقه طولانی ندارد و در قدیم بیشتر از گل آن استفاده می‌شد. امروزه گلرنگ به عنوان یک دانه روغنی که روغن آن مورد مصرف تغذیه‌ای و صنعتی دارد، کشت می‌گردد (خواجه پور، 1383). روغن گلرنگ، به دلیل بالا بودن نسبت اسیدهای چرب غیراشباع، مشابه روغن زیتون بوده و ضمن دارا بودن مقادیر بالای اسید لینولئیک یا اسید اولئیک قیمت کمتری نیز دارد. روغن گلرنگ قابلیت پایداری بیشتری در برابر حرارت داشته و به عنوان روغنی با کیفیت بالا برای سرخ کردن خصوصاً تهیه چیپس استفاده می‌شود. علاوه بر این در تولید روغن‌های آرایشی نیز کاربرد دارد. در کشور چین گلبرگ‌های خشک گلرنگ در تهیه داروهای گیاهی و تقویت کننده سیستم گردش خون به کار می‌رود. آمار و ارقام نشان می‌دهند که سالانه تقریباً 1700 تن از گل‌های گلرنگ در تهیه داروهای گیاهی استفاده می‌شود. چای گلرنگ موقعیت خاصی در زندگی امروزه چینی‌ها کسب کرده است. ماده مؤثره گل‌ها، التهاب را تسکین می‌دهد. برگ‌های گلرنگ از نظر کاروتن و ریبوفلاوین غنی هستند. در اتیوپی دانه‌های پوست‌گیری شده گلرنگ، بعد از خرد کردن کامل با آب مخلوط نموده و در تهیه نوعی غذا که اصطلاحاً «فیت فیت» نامیده می‌شود (یک نوع حلیم که مخلوطی از تف، تکه‌های نان و روغن است و در روزهای روزه‌داری مصرف می‌شود) استفاده می‌کنند. کنجاله به جا مانده بعد از استخراج روغن تا اندازه ای تلخ مزه است ولی با مخلوط نمودن آن با کنجاله چغندرقند و یا کنجاله ساقه نیشکر، به عنوان غذای دام مصرف می‌شود (آلیاری و شکاری، 1379). کنجاله از نظر اسید‌آمینه لیزین (5/0 درصد) فقیر می‌باشد و به علت دارا بودن مقادیر بالای فیبر (حدود 30 درصد)، از ارزش غذایی پایینی برخوردار است (خواجه‌پور، 1383). سالیان متمادی است که کنجاله حاصل از دانه‌ی گلرنگ پس از استخراج روغن به مصرف تغذیه‌ی حیوانات می‌رسد. وجود فیبر زیاد در دانه، آن را از نظر تغذیه‌ی دام نامطلوب می‌سازد. این ماده می تواند برای تغذیه‌ی طیور، گاو، گوسفند و غیره به کار رود.کنجاله حاصله از دانه‌ی گلرنگ نسبت به کنجاله حاصله از دانه‌ی سویا به دلیل اثری که بر افزایش وزن دام دارد، از برتری خاصی برخوردار می‌باشد. پروتئین گلرنگ به عنوان یک منبع پروتئین گیاهی می‌تواند جهت تغذیه‌ی طیور به کار رود.
ترکیبات مختلف دانه گلرنگ به عنوان یک گیاه روغنی شامل 50-35 درصد روغن، 20-15 درصد پروتئین و 45-35 درصد پوسته می‌باشد. روغن گلرنگ به دلیل بالا بودن اسیدهای چرب غیراشباع برای مداوای گرفتگی رگ‌ها و جلوگیری از لخته شدن خون، کاهش کلسترول بد و افزایش کلسترول خوب، درمان رماتیسم و تسکین دهنده درد استفاده می‌شود (فرناندز و همکاران، 1993).
بین مقدار پوست دانه و درصد روغن یک همبستگی منفی وجود دارد. همچنین این همبستگی بین پوست و مقدار مغز دانه هم صدق می‌کند. هر چه میزان پوست دانه کم باشد (به اصطلاح پوست کاغذی باشد) درصد مغز یا روغن بیشتر خواهد بود. بنابراین صفت فوق مطلوب تلقی می‌گردد. نازکی پوست دانه توسط ژنی به نامth کنترل شده و باعث افزایش روغن در بذر به مقدار 6 تا 7 درصد می‌گردد (آلیاری و شکاری، 1379).
1-11- روش‌های اصلاحی گلرنگاصلاحگران گلرنگ عمدتاً از روشهای مختلف شجره‌ای برای اداره نسلهای در حال تفکیک استفاده کرده‌اند (نولز،‌ 1989). گزینش برای خصوصیاتی با توارث‌پذیری بالا (مانند زودرسی، ‌مقاومت به بیماری‌ها) از تک بوته‌های F2 شروع می‌شود. می‌توان لاین‌های یکنواخت F3 یا F4 که دارای خصوصیات مطلوب هستند را در آزمایشات مقایسه عملکرد اولیه قرار داد. روش تلاقی برگشتی به منظور انتقال صفات ویژه مخصوصاً مقاومت به بیماری‌ها به ارقام تجاری خوب، مورد استفاده قرار گرفته است.
برنامه‌های گزینش دوره‌ای نیز در گلرنگ مورد ‌‌استفاده قرار گرفته است. در پروژه‌ای که در سال 1970 در آریزونای آمریکا آغاز شد روبیس (1981) از نوعی نرعقیمی ساختاری که با ژن نازکی پوسته بذر (th/th) همبستگی داشت، ‌استفاده نمود تا لاین‌هایی با مقاومت بالا به بیماری پوسیدگی ریشه (phytophorta spp.) ایجاد نماید.
کاراپتیان (1994) سه ژن غیر مشابه دارای اثرات متقابل را شناسایی نمود که توارث نر- ماده عقیمی را در گلرنگ کنترل می‌کند. تلاقی مورد استفاده شامل واریته S1,S1s2s2s3s3 US-10 و یک لاین هندی با فاصله جغرافیایی دور به نام s1,s1S2S2S3S3 147-54 بود.
برنامه اصلاحی دورگ گلرنگ در سال 1974 به وسیله هیل با استفاده از سیستم نرعقیمی سیتوپلاسمی آغاز شد (هیل، ‌1996). میانگین افزایش عملکرد هیبریدها نسبت به والدین برتر در مناطق کالیفرنیا، آریزونا، داکوتای شمالی،‌ کانادا،‌ پاکستان، مکزیک و اسپانیا، 127% بود. میزان روغن هیبریدها که در سال 1983 دارای میانگین 34% بود، به 40% و 42% در سال 1994 افزایش یافت و اکنون هیبریدهای با بیش از 45% روغن در حال توسعه‌اند.
1-12- نقاط ضعف گلرنگ
عملکرد پایین در واحد سطح همراه با شاخص برداشت کم و میزان کم روغن بذر، حساسیت زیاد ارقام تجاری موجود به بیماری‌های برگی (آلتراناریا، رامولاریا، پوکسینیا) پوسیدگی ریشه (ماکروفامیا)، ‌پژمردگی (فوزاریوم، ورتیسیلیوم)، ‌شته‌ها و تنش‌های غیرزنده (خشکی، شوری و ‌خاک قلیایی) و غیره را می‌توان نام برد.
با توجه به این که کشور ما یکی از مراکز منشأ گیاه گلرنگ می‌باشد، امید است بتوان با شناخت پتانسیل موجود در منابع ژنتیکی داخلی و بدست آوردن اطلاعات در رابطه با ساختار ژرم‌پلاسم این گیاه، مواد ژنتیکی مناسب را برای اهداف اصلاحی آن انتخاب کرد.
وجود خار در حاشیه برگ‌ها و دیگر بخش‌های گلرنگ در زراعت، صفتی منفی به شمار می‌رود، زیرا پس از استقرار بوته امکان هر گونه عملیات داشت و برداشت را با مشکل مواجه می‌سازد. از این رو دستیابی به ارقامی از گلرنگ که ضمن نداشتن خار از پتانسیل تولید بالاتری نسبت به ارقام خاردار برخوردار باشد از جمله اهداف مهم اصلاحی است.
عدم وجود تکنولوژی تولید منطقه‌ای (مثلاً در کشورهای آفریقایی) برای بهره برداری از پتانسیل کامل گلرنگ، عدم وجود اطلاعات در زمینه رسیدن به حداکثر پتانسیل تولید در مناطق مختلف. عدم وجود بازار مطمئن و قیمت تضمینی برای خرید گلرنگ،‌ عدم وجود امکانات فرآوری در نزدیکی مراکز تولید گلرنگ از دیگر مشکلات و نقاط ضعف این گیاه هستند.
1-13- اهداف اصلاحی گلرنگ
توسعه تحقیقات برای تعیین منابع مقاومت به تنش‌های محیطی زنده وغیر زنده.
ایجاد ارقام پرمحصول و هیبریدهای دارای میزان روغن بالا و متحمل به آفات و بیماری‌ها.
اصلاح گلرنگ برای حساسیت کمتر به درجه حرارت و طول روز و تولید ارقام پرمحصول زودرس.
بهبود تکنولوژی تولید و حفظ نباتات در گلرنگ به منظور افزایش عملکرد در شرایط آگرواکولوژیک مختلف.
اصلاح ارقام پرمحصول بی خار برای مناطقی که کشت گلرنگ در آنها مرسوم نیست.
توسعه تحقیقات به منظور شناسایی جنبه‌های مختلف در کشت گلرنگ.
ایجاد تکنولوژی فرآوری بذر مناسب.
یافتن سیستم‌های پویایی نرعقیمی سیتوپلاسمی برای تولید هیبریدها و آموزش کادر تحقیقاتی در زمینه روش‌های اصلاحی، تشخیص و مدیریت بیماری‌ها.
توسعه تیپ گیاهی دارای شاخه دهی کمتر و ارقام بدون خار.
1-14- اهداف مطالعهاین تحقیق به منظور ارزیابی ژرم‌پلاسم موجود گلرنگ در شرایط دیم و به‌گزینی بر اساس صفات مورد مطالعه و در مراحل مختلف رشد گیاه ‌صورت گرفت.
بررسی ارتباط بین صفات مورد مطالعه با همدیگر و تعیین صفات مؤثر بر عملکرد دانه.
شناسایی سهم هر یک از صفات تنوع کلی جمعیت مورد مطالعه با استفاده از برخی روش‌های چند‌‌‌‌‌متغیره.
بررسی تنوع ژنتیکی کلکسیون گلرنگ از لحاظ برخی صفات کیفی.
شناسایی ژنوتیپ‌های برتر به منظور استفاده به عنوان والدین در پروژه های اصلاحی گلرنگ.
فصل دوّمبررسی منابع
2-1- بررسی تحقیقات مرتبط با تنوع ژنتیکی گلرنگ
یزدی صمدی (1979) در بررسی کلکسیون بزرگی از گلرنگ شامل ژنوتیپ‌هایی از ایران و آمریکا، تنوع ژنتیکی گسترده‌ای را برای هفت صفت زراعی مختلف شامل تعداد روز تا گل‌دهی، ارتفاع بوته، تعداد قوزه در بوته، تعداد دانه در قوزه، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و درصد روغن مشاهده کرد. در این مطالعه، ژنوتیپ‌های ایرانی دارای بیشترین تنوع از لحاظ ارتفاع بوته، تعداد قوزه در بوته و تعداد دانه در قوزه بودند.
نای و همکاران (1992) بررسی‌هایی را بر روی وراثت‌پذیری مربوط به 7 جزء صفت که بر روی عملکرد تأثیر دارد انجام دادند که در نهایت نتیجه گرفتند بیشترین وراثت‌‌پذیری برای ارتفاع گیاه و طول شاخه است.
قنواتی و نولز (1977) ذکر نمودند، که گیاهانی با یک مرحله روزت طولانی در یکی از جمعیت‌های محلی از شمال غرب ایران تحت عنوان لاینهای LRV موجود هستند و بیش از 50 لاین از این توده محلی با تنوع قابل ملاحظه‌ای در تحمل به سرمای زمستانه معرفی گردیدند.
باقری و همکاران (1380) به منظور بررسی تنوع ژنتیکی برای عملکرد و اجزای آن و برخی از صفات فنولوژیکی، ارزش غذایی و نیز برخی صفات کیفی در جمعیت های بومی گلرنگ ایران، آزمایشی با 121 ژنوتیپ در قالب طرح لاتیس ساده انجام دادند. 12 رقم خارجی نیز جهت مقایسه با ژرم‌پلاسم داخلی در آزمایش گنجانده شد. در این طرح، 14 صفت کمی و 6 صفت کیفی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که در تمامی صفات ارزیابی شده به جز محتوای روغن، ژنوتیپ‌های ایرانی دارای بالاترین مقادیر بودند. در این مطالعه بیشترین ضریب تغییرات را صفت تعداد دانه در قوزه و کمترین آن را صفت محتوای پروتئین داشت.
بردلی و جانسون (1997) بر روی 2300 اکسشن گلرنگ بررسی را انجام دادند که در این آزمایش گسترده 7 صفت ارتفاع گیاه، وزن هزار دانه، عملکرد بوته، طول و عرض براکته‌ها، قطره قوزه اولیه و تاریخی که 50% گیاهان به گل رفته‌اند، مورد بررسی قرار گرفت. با تجزیه داده‌ها همبستگی زیادی بین ارتفاع و گلدهی و طول و عرض براکته‌ها مشاهده شد و در این آزمایش ارقامی را که از آسیای جنوب غربی جمع آوری کرده بودند فاصله زیادی از لحاظ صفات و برتری نسبت به سایر ارقام داشتند و در نهایت مشخص شد که تنوع زیادی بین ژنوتیپ‌های گلرنگ وجود دارد.
صمدانی و دانشور (1373) در مطالعه ارقام محلی ایرانی اعلام کردند که زمان کاشت پاییزه نسبت به بهاره برتری کامل‌تری از نظر عملکرد دارد و ضرائب همبستگی بین عملکرد و سایر صفات مثل تعداد شاخه جانبی، تعداد قوزه و ارتفاع مثبت و معنی‌دار است.
سروانتس مارتینز و ری پونس (2001) به منظور بررسی آلترناریای نقطه‌ای برگ و بررسی درصد روغن، 421 ژنوتیپ گلرنگ را از کل جهان جمع‌آوری کرده و مورد ارزیابی قرار‌ دادند. در نهایت 84ژنوتیپ به آلترناریا مقاومت نشان داده و 377 ژنوتیپ درصد روغن بین 7/12 تا 42 درصد و 37 اکسشن درصد روغن بالای 8/32% را نشان دادند. در انتها به این نتیجه دست یافتند که بعضی ارقام را می توان به عنوان منبع ژرم‌پلاسمی برای بعضی صفات بکار برد.
گروپادا و همکاران (1993) به منظور بررسی تنوع‌پذیری صفات اگرومورفولوژیکی گلرنگ، پزوهشی را با استفاده از 103 نمونه مختلف از ژرم پلاسم گلرنگ انجام دادند. آن‌ها در صفات عملکرد بوته، تعداد انشعابات اولیه وثانویه و تعداد قوزه مؤثر در بوته تنوع بالایی مشاهده کردند و تعداد 30 رگه امید بخش برای استفاده در برنامه های به نژادی انتخاب نمودند.
زبرجدی (1381) طی آزمایشی برروی28 رقم گلرنگ پاییزه در شرایط دیم در منطقه سرارود کرمانشاه نتیجه گرفت در نهایت از لحاظ میزان عملکرد، رقم شماره 27 (199877pI-( بیشترین عملکرد با میزان 25/968کیلو گرم و رقم شماره21(697) با عملکرد 3/360 کمترین عملکرد را نشان دادند. در ادامه بررسی اجزاءعملکرد نشان داد ارقام در سطح 1% اختلاف معنی‌داری با هم دارند و می‌‌توان گفت که افزایش عملکرد تنها از طریق یکی از اجزاء امکان‌پذیر نمی‌باشد.
اشری و همکاران (1974) در مطالعه 903 ‍ژنوتیپ گلرنگ برای متوسط عملکرد تک بوته و 3 جزء عملکرد به این نتیجه رسیدند که عملکرد تک بوته با طول فصل رشد تا گلدهی، ارتفاع بوته و میزان روغن دانه همبستگی نشان نداد. بنابراین امکان اصلاح واریته‌های زودرس با محتوای روغن بالا امکان‌پذیر است و میزان روغن با تعداد دانه در لاین‌های ایرانی و مصری همبستگی معنی‌داری دارد ولی این همبستگی در لاین‌های هندی مشاهده نشده است و نیز تجزیه رگرسیون نشان داد که 3 جزء عملکرد سهم بیشتری از واریانس عملکرد تک بوته را توجیه می‌کند. همچنین اصلاح برای عملکرد‌های بالا از طریق افزایش تعداد قوزه در بوته در جایی که مزرعه حاصلخیز است و رطوبت خاک فراوان است مهم می‌باشد. قابلیت تولید زیاد قوزه در جایی که آب آن قدر محدود است که گیاهان صرفاً چند شاخه جانبی تولید می‌کند و تنها چند قوزه می‌تواند پر شود بی‌اهمیت است.
سالیرا (1996) در آزمایشی گزارش نمود بالاترین درصد روغن در بذرهای برهنه در بالاترین تراکم مشاهده شد که احتمالاً بدلیل وزن کم بذر و درصد پوسته بذر می‌باشد.
اکبری و همکاران (1386) در آزمایشی بر روی ژنوتیپ‌های گلرنگ دریافتند که صفات تحت بررسی در سطح 1% تفاوت معنی‌دار داشته و خصوصیاتی مانند عملکرد روغن، تعداد قوزه در بوته، وزن هزار دانه، تعداد شاخه فرعی، عملکرد بیولوژیک و شاخص برداشت، همبستگی مثبت و معنی‌داری با عملکرد دانه از خود نشان دادند.
احمد زاده و همکاران (1389) در آزمایشی بر روی 30 ژنوتیپ گلرنگ نتیجه گرفتند که صفات ارتفاع بوته‌ و وزن 100 دانه بیشترین اثر مستقیم را بر عملکرد دانه داشته است. بنابراین بهتر است ژنوتیپ‌هایی انتخاب شوند که از نظر صفات مذکور دارای مقادیر بیشتری باشند.
پاتیل و همکاران (1989) در بررسی 60 ژنوتیپ گلرنگ اعلام کردند که ارتفاع گیاه، عملکرد دانه، ارتفاع شاخه‌دهی و وزن هزار دانه، 80 درصد تنوع موجود را توجیه می‌کنند.
یزدی صمدی و عبدمیشانی (1991) با ارزیابی 7 صفت کمی بر روی 1618 واریته و لاین ایرانی و آمریکایی، آنها را در 5 کلاستر گروه‌بندی کردند. آنها اعلام داشتند، گروه‌بندی دلالت بر شباهت بین لاین‌های اخذ شده از نواحی دارای شرایط اکولوژیک متضاد داشت و احتمالاً در اثر وجود مبنای ژنتیکی یکسان در آنها بوده است.
اشری و همکاران (1975) در یک پژوهش دیگر که بر روی ژنوتیپ‌های گلرنگ جمع آوری شده از مناطق مختلف دنیا انجام دادند تنوع زیادی برای صفات تحت بررسی بین ژنوتیپ‌ها مشاهده کردند به طوری که لاین های جمع‌آوری شده از کشور هند کمترین ارتفاع بوته و لاین‌های ایرانی بالاترین ارتفاع بوته را دارا بودند.
ماتور و همکاران) 1976) در کشور هند بررسی‌هایی را بر روی ارقام گلرنگ و همبستگی بین عملکرد و سایر صفات آنها انجام دادند که در نهایت بعد از تجزیه داده‌ها عملکرد هر گیاه همبستگی مثبتی با قطره قوزه و تعداد بذر در قوزه داشت و در مقابل، همبستگی منفی با تعداد شاخه‌های اولیه از خود نشان داد.
پورداد (1378) با بررسی مقدماتی ژرم‌پلاسم گلرنگ شامل 171 ژنوتیپ در کشت پاییزه دریافت که تنها 2 نمونه از ژنوتیپ‌های تحت بررسی در اثر سرما از بین رفتند و نتیجه گرفت که گلرنگ مقاومت خوبی به سرما داشته و دامنه عملکرد در متر مربع از 18 تا 468 گرم به ترتیب متعلق به Dincer 118 و لاین 81-79 بود. بیشترین تعداد قوزه در بوته مربوط به لاین 79-79 با 34 قوزه و بیشترین تعداد دانه در قوزه متعلق به رقم Dincer 118 و بیشترین وزن 100 دانه متعلق بهSyrian و PI-537631 بوده است.
بردلی و جانسون) 1997) برروی 13 رقم گلرنگ صفاتی کمی مانند اندازه قوزه و ارتفاع گیاه را مورد بررسی قرار دادند. از نظر ارتفاع کمترین میزان مربوط بهPI-314650 با 77 سانتی‌متر و بیشترین میزان مربوط به PI-304439 و PI-304442 که همه از ایران جمع آوری شده بودند بود که بر حسب سانتی‌متر ثبت گردید و از لحاظ قطر قوزه PI-560197 با 5/3 سانتی‌متر بزرگترین اندازه را به خود اختصاص داده بود.
نژاد شاملو و همکاران (1375) با بررسی ارقام گلرنگ بهاره سهم اجزاء عملکرد و سایر صفات در عملکرد را با استفاده از روش رگرسیون گام به گام بدست آوردند. در این تحقیق اختلاف اساسی عملکرد دانه ارقام گلرنگ بهاره به تعداد دانه در قوزه بستگی داشت و این جزء از عملکرد به تنهایی 3/87 درصد از تغییرات آن را توجیه کرد.
روژاس و همکاران) 1992) در بررسی 200 نمونه از کلکسیون جهانی گلرنگ به این نتایج دست یافتند که همبستگی بین محتوای روغن و پروتئین دانه معنی‌دار اما ضعیف بود و همبستگی درصد پوسته با محتوای روغن دانه و پروتئین منفی و معنی دار گردید و نیز محتوای روغن و پروتئین با وزن 100 دانه همبستگی مثبت و معنی‌دار نشان داد.
پورداد و همکاران (1378) در بررسی خود بر روی ارقام گلرنگ در 3 منطقه اسلام آباد، بیلوار و بیستون در استان کرمانشاه نتیجه گرفتند که درصد روغن از 04/25 تا 15/31 متغیر بوده و رقم شاهد در هر 3 منطقه دارای کمترین درصد روغن بود و در مجموع رقم سینا عملکرد روغن و دانه بالایی داشت و به عنوان رقم برتر معرفی گردید.
لینگر و یوری (1964) در بررسی برروی مراحل رشد دانه گلرنگ از نظر روند تغییرات درصد روغن و درصد پوسته دانه به این نتیجه رسیدند که با بلوغ بذر درصد پوسته دانه کاهش یافته و درصد روغن افزایش یافته و حداکثر میزان روغن پس از بلوغ کامل حاصل می‌گردد.
پورداد (1383) تعداد 933 رقم، رگه و توده گلرنگ جمع‌آوری شده از مناطق مختلف کشور و نیز ارقام و رگه‌های خارجی را در دو تاریخ کاشت بهاره و پاییزه و در شرایط دیم ایستگاه، تحقیقات کشاورزی سرارود مورد ارزیابی قرار داد. نتایج حاکی از تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه‌ای در هر دو کشت بهاره و پاییزه در ژرم‌پلاسم مورد مطالعه از نظر تمامی صفات تحت بررسی بود.
جمشیدمقدم و همکاران (1385) به منظور بررسی صفات زراعی و مورفولوژیک و کاربرد آنها در برنامه‌های به نژادی گلرنگ، آزمایشی با 270 ژنوتیپ گلرنگ انجام دادند. صفات مختلف کمّی و کیفی شامل رنگ گل، وضعیت خار، تعداد روز تا شروع و پایان گلدهی، طول دوره گل‌دهی، تعداد روز تا رسیدگی، طول دوره پر‌شدن دانه، ارتفاع بوته، تعداد شاخه فرعی در بوته، قطر قوزه اصلی و فرعی، متوسط تعداد قوزه در بوته، تعداد دانه در قوزه، وزن هزار دانه، محتوای روغن دانه و عملکرد دانه و روغن در واحد سطح ارزیابی شد. نتایج حاکی از تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه‌ای در ژرم‌پلاسم مورد مطالعه از نظر اکثر صفات فوق بود.
عباسعلی و همکاران (2006) 81 نمونه گلرنگ دریافتی خارج از کشور را بررسی کردند. 35 صفت کمی و کیفی مورد ارزیابی قرار گرفت. این آزمایش نشان داد که در بین ارقام تنوع مطلوبی وجود داشته به طوری که می‌توان از این تنوع برای اهداف مختلف اصلاحی سود جست.
امیدی‌تبریزی و همکاران (1379) بین ارقام و لاین‌های گلرنگ پاییزه از نظر عملکرد دانه و روغن اختلاف معنی‌داری گزارش کردند. ژنوتیپ‌های مورد بررسی آنها ارقامی پاییزه همچون ورامین-295، زرقان 279 و 51/51R.V .L تشکیل داده بودند.
منصوری‌فر (1373) طی آزمایشی که برروی 10 رقم گلرنگ انجام داد به این نتیجه رسید که رقم (60-55-7LR) A2 با 4130 کیلوگرم در هکتار بالاترین و رقم (295) A8با 2250 کیلوگرم در هکتار پایین‌ترین عملکرد را داشتند. همین طور A2 از نظر تعداد قوزه در بوته و وزن هزار دانه و رقم (51-51-7)A4 از نظر تعداد دانه در قوزه برتر از سایرین بودند.
کومار (1991) بین تعداد دانه در قوزه و وزن صد دانه همبستگی قوی مشاهده نمود. همچنین بین عملکرد دانه و تعداد دانه در قوزه و همچنین عملکرد دانه و تعداد قوزه در بوته همبستگی مشاهده نمودند و نتیجه گرفت که در کلکسیون مورد نظر با انتخاب بوته‌های دارای تعداد قوزه بیشتر و نیز دانه‌های درشت‌تر می‌توان در جهت افزایش عملکرد اقدام کرد.
ساری و همکاران (1988) در آزمایشی نتیجه گرفتند که با بالا رفتن تراکم، میزان روغن و پروتئین دانه افزایش یافت.
یزدی صمدی و عبدمیشانی (1989) با مطالعه 1858 لاین‌ ایرانی و خارجی تحت شرایط بدون آبیاری در کرج اعلام نمودند که ارتفاع گیاه بسیار متغیر بوده و محدوده تغییرات آن بین 20-90 سانتی‌متر می‌باشد. همچنین دریافتند که لاین‌های ایرانی جز کوتاه‌ترین نمونه‌ها هستند.
براتولون (1993) در مطالعه خود در کشور رومانی اعلام نمود که برترین ژنوتیپ عملکردی در حدود 5 تن در هکتار داشته است که نتجه فوق بیانگر پتانسیل بالای گلرنگ در تولید دانه می‌باشد.
پورداد (1376) در بررسی‌هایی بر روی ارقـام اصلاح شده گلرنگ پائـیزه در شرایط دیم در منطقه سرارود بیشترین میزان همبستگی منفی بین تعداد دانـه در قوزه با تعداد قوزه در بوته بوده که در سطح احتمال 1 درصد معنی‌دار بود و همین طور یک همبستگی منفی بین تـعداد قوزه در بوتـه و وزن دانه مشاهده گردید. این همبستگی منـفی بـین اجزاء عـملـکرد به این دلیل بود که با افزایش میزان تعداد قوزه، وزن دانه بدلیل وجود شرایط دیم و تنش رطوبتی کاهش یافـت.
کانگ دیمینگ (1993) با اجرای روش‌های آماری چند متغیره برروی 30 رقم گلرنگ را مشخص نمود که 6 مؤلفه اصلی که به ترتیب شامل صفاتی چون اولین شاخه موثر، قطر ساقه اصلی، اندازه دانه، وزن هزار دانه، میزان روغن دانه و زاویه شاخه از ساقه اصلی بودند که حدود 78 درصد واریانس کل را توجیه نمودند.
هایرمت و منسینکایس (1971) پس از مطالعه6 صفت کمی در 50 رقم گلرنگ به این نتیجه رسیدند که ارتفاع گیاه و عملکرد تک بوته به سبب وراثت‌پذیری بالا تاثیر چندانی از محیط نمی‌پذیرد
اکبارین (1992) با استفاده از روش تجزیه کلاستر، گونه‌های مختلف گلرنگ در چهار گروه مربوط به فلاونس و یک گروه متعلق به گلاکوس و یک گروه متعلق به دناتوس را طبقه‌بندی کرد.
پولینگناتو والبا (1995) با بهره جستن از روش‌های آماری تجزیه کلاستر و تابع تشخیص کانونی، ارقام مختلف گلرنگ مورد بررسی خود را به 5 گروه که هر گروه شامل کشور‌های مختلفی بودند، تقسیم نمودند، اساس تغییرات در این طبقه‌بندی مربوط به صفات ارتفاع بوته، روز تا گلدهی و وزن هزار دانه ذکر گردید.
یزدی صمدی و عبد میشانی (1989) در بررسی لاین‌ها و ارقام گلرنگ داخلی و خارجی و انجام تجزیه کلاستر بر روی آنها مشخص نمودند که ارقام مورد بررسی در 5 گروه اصلی آمریکایی، ایرانشهری، مرندی، ارومیه‌ای، مغانی، فارس، اصفهان و جیرفت قرار گرفتند و همچنین نتیجه‌گیری شد که شباهت در میان توده‌های فوق با توجه به شرایط اکولوژیک احتمالاً به دلیل پایه ژنتیکی یکسان (منشأ آمریکایی، ایرانی و کشورهای شرق آسیا) می‌باشد.
جمشید‌مقدم و همکاران (1385) در بررسی تنوع ژنتیکی گلرنگ در شرایط دیم از طریق تجزیه به عامل‌هانشان دادند که شش عامل اصلی و مستقل در مجموع 04/80 درصد از کل تغییرات را توجیه کرد. عوامل اول، دوم، پنجم، به عنوان عوامل فنولوژیک و مورفولوژیک 05/47 درصد عامل‌های سوم و چهارم به عنوان عامل‌های عملکرد و اجزای آن 56/25 درصد و عامل ششم به عنوان عامل کیفی با 13/7 درصد نامگذاری شدند.
سینگ و همکاران (1981) بیش از 50 ژنوتیپ بومی هند را از نظر 9 صفت زراعی در شرایط دیم مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها تنوع زیادی را در بین ژنوتیپ‌ها از نظر صفات زراعی گزارش و ارقامی زودرس با طول دوره رویش 164 روز را گزینش کردند.
عباسعلی و همکاران (2006) نشان دادند بین ژنوتیپ‌های گلرنگ برای صفات مختلف تنوع کافی وجود دارد. همچنین همبستگی تعداد قوزه در بوته با عملکرد دانه در واحد تک بوته مثبت و با شاخص برداشت منفی بود و نیز بین درصد روغن با تعداد روز تا 50 درصد گلدهی همبستگی مثبت دیده شد.
اشری و همکاران (1974) در پژوهش دیگری نیز که برروی تعداد زیادی از ژنوتیپ‌های جمع‌آوری شده گلرنگ از کشور‌های مختلف از جمله ایران انجام دادند اعلام نمودند که تنوع زیادی از لحاظ عملکرد دانه و اجزای عملکرد و درصد روغن وجود داشته است.
باقری و همکاران (1380) در یک پژوهش دیگر نیز با استفاده از تجزیه کلاستر به روش وارد و مربع فاصله اقلیدسی 121 ژنوتیپ گلرنگ را در 9 کلاستر گروه‌بندی نمودند.
مکن و همکاران (1979) در یک مرکز تحقیقاتی در ماراس وادا هند آزمایشی را بروی 71 رقم گلرنگ که در مورد عملکرد و 7 صفت مربوط به آن بود انجام دادند. در این آزمایش همبستگی مثبتی بین عملکرد با ارتفاع گیاه و تعداد قوزه در بوته و تعداد دانه در قوزه و وزن 100 دانه وجود داشت و وراثت‌پذیری بالایی برای ارتفاع، وزن 100 دانه و تعداد دانه مشاهده شد.
زند و کوچکی (1375) پس از مطالعه 9 ژنوتیپ گلرنگ به این نتیجه رسیدند که خصوصیاتی مانند بیوماس کل، تعداد قوزه، تداوم شاخص سطح برگ، ارتفاع، شاخه‌دهی و طول دوره موثر پر‌شدن‌دانه بیشترین همبستگی را با عملکرد داشتند. طبق نتایج تجزیه علیت بیشترین اثرات مستقیم بر عملکرد دانه مربوط به بیوماس (65 %) و تداوم شاخص سطح برگ (39 %) و تعداد قوزه در بوته (12 %) بود.
صفوی (1389) نیز آزمایشی با 121 ژنوتیپ در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دیم سرارود انجام داد. نتایج ضرایب مسیر نشان داد که صفت تعداد قوزه در بوته بیشترین اثر مستقیم را بر روی عملکرد تک بوته داشته است. تجزیه به عامل‌ها، چهار عامل را مشخص نمود که در مجموع 8/78 درصد از تغییرات کل را توجیه نمود. تجزیه خوشه‌ای به روش وارد و مقیاس مربع فاصله اقلیدسی ژنوتیپ‌ها را به 6 گروه تفکیک کرد.
شهبازی دورباش و همکاران (1390) با بررسی تنوع ژنتیکی 74 لاین ایرانی و 6 لاین خارجی گلرنگ دریافتند که این لاین‌ها در اکثر صفات زارعی تفاوت معنی‌داری داشتند. صفات ارتفاع بوته، تعداد قوزه در بوته و درصد سبز شدن بیشترین همبستگی مثبت را با عملکرد دانه داشتند.
گوپتا و سینگ (1997) در انستیتو تحقیقات کشاورزی در هند به بررسی تنوع و وراثت‌پذیری و ضریب همبستگی و عملکرد دانه و اجزاء آن بر روی 45 هیبرید F1 گلرنگ و 10 ژنوتیپ از گیاهان F2 پرداختند. در این آزمایش وراثت‌پذیری برای تمام صفات بالا بود. این بررسی نشان داد که عملکرد دانه با شاخه‌های اولیه، تعداد قوزه در گیاه، ارتفاع و وزن صد دانه همبستگی دارد. و در مقابل عملکرد روغن یک ارتباط منفی با عملکرد دانه و وزن صد دانه دارد.
سعیدی و همکاران (1383) در آزمایشی بر روی هفت توده بومی گلرنگ دریافتند که از لحاظ صفات تعداد روز تا گلدهی و رسیدگی، ارتفاع بوته، تعداد شاخه در بوته، متوسط وزن قوزه، تعداد دانه در قوزه، وزن‌صد‌دانه، عملکرد دانه در واحد سطح، درصد پوسته دانه تفاوت معنی‌داری بین توده‌ها، وجود دارد. نتایج تجزیه مسیر نیز نشان داد که از بین اجزای عملکرد دانه، تعداد دانه در قوزه و تعداد قوزه در بوته بیشترین اثرات ژنتیکی مستقیم و مثبت را بر عملکرد دانه در واحد سطح و عملکرد دانه در بوته داشتند.
گلکاری (1390) در آزمایشی شامل 89 ژنوتیپ گلرنگ دریافت که بر اساس تجزیه به عامل‌ها صفات عملکرد بیولوژیکی، عملکرد روغن، درصد سبز شدن و شاخص برداشت در عامل اصلی قرار گرفتند و عامل بهورزی نامگذاری شد. کلاستر بندی به روش UPGMA و فاصله مربع اقلیدس برای کلیه صفات مورد ارزیابی، ژنوتیپ‌ها را در 5 خوشه گروه‌بندی کرد که لاین‌های موجود در کلاستر اول و سوم از نظر صفات عملکرد دانه از ارزش بالاتری نسبت به میانگین کلیه ژنوتیپ‌ها برخوردار بودند.
بهدانی و جامی الاحمدی (1387) در آزمایشی به منظور بررسی تغییرات رشد و عملکرد سه رقم گلرنگ بهاره نتیجه گرفتند از بین ویژگی‌های مورفولوژیک، ارتفاع گیاه، قطر ساقه، تعداد شاخه‌های جانبی، بیشترین رابطه را با عملکرد نشان دادند و نیز قوزه اصلی همبستگی بالایی را با عملکرد داشت و در نتیجه کاشت رقم محلی اصفهان به دلیل بومی بودن و تطابق‌پذیری بیشتر به شرایط ایران، در مقایسه با ارقام دیگر عملکرد بیشتری را داشت.
درشولی ترک (1383) آزمایشی روی 240 ژنوتیپ گلرنگ انجام داد که در بررسی همبستگی بین صفات به نتایجی از قبیل عدم وجود رابطه بین درصد روغن و تعداد روز تا رسیدگی رسید. و ژنوتیپ ها در 12 کلاستر گروه‌بندی کرد.
امیدی تبریزی و همکاران (1378) در آزمایشی شامل 25 ژنوتیپ گلرنگ بهاره شامل ژنوتیپ‌های بومی ایران و ارقام خارجی نتیجه گرفتند که عملکرد دانه و روغن، با تعداد دانه یا تعداد قوره در بوته، شاخه‌های فرعی، روز تا گلدهی همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت. تجزیه کلاستر به روش وارد و فاصله اقلیدسی، 25 ژنوتیپ را در سه کلاستر گروه‌بندی کرد.
در بررسی که هواگ (1978) انجام داد به این نتیجه رسید که با افزایش تراکم، وزن صد دانه گیاه کاهش و درصد روغن افزایش پیدا می‌کند.
فولز (1990) در دانشگاه کالیفرنیا تحقیقاتی را برروی عملکرد و کیفیت روغن انجام داد که ژرم‌پلاسم‌های جمع‌آوری‌شده از منطقه شمال آسیا، خاورمیانه و آفریقای شمالی انتخاب شده بودند که در نهایت ژرم‌پلاسم CU-1 انتخاب شد که پایه کارهای اصلاحی شد.
برگمن (1997) در آخرین تحقیقات خود به دو رقم گلرنگ به نامهای مونتالا با 81 درصد اسید اولئیک و مورلین با 83 درصد اسید لینولئیک اشاره نموده است.
داجو و گریف (2001) یک آزمایش بین المللی را در کشورهای آسیایی تایلند، هند و چین انجام دادند که در آن 9 رقم به همراه یک رقم محلی مورد ارزیابی قرار گرفتند. در نهایت آزمایش نشان داد که اگر گلرنگ به منظور روغن کشت شود ارقام GW-9024 و KU-4038و GW-9023 در هند و ارقام GW-9023 ACC407, GW-9024, GW-9025GW-9023 ACC407, در تایلند و ارقام GW-9025و KU-4038 در شمال چین درصد مناسبی از روغن نشان می‌دهند که می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.
تحقیقات انجام شده توسط یوان (1983)، پارمسوارپا (1984)، پاتیل و دشماخ (1997)، و کازاتو و همکاران (1997) مشخص نموده است که همبستگی منفی و معنی‌داری بین پوسته دانه و درصد روغن در گلرنگ وجود دارد.
فصل سوّممواد و روش ها3-1- محل اجرای آزمایشاین آزمایش در مزرعه تحقیقاتی معاونت موسسه تحقیقات کشاورزی دیم سرارود واقع در 15 کیلومتری شهر کرمانشاه در سال زراعی 91-90 اجرا گردید. مشخصات اقلیمی و جغرافیایی محل اجرای آزمایش در جدول 3-1 آورده شده است.
جدول 3-1 برخی مشخصات جغرافیایی و اقلیمی محل اجرای آزمایش
حداقل و حداکثر
دما (سانتیگراد) حداقل و حداکثر بارندگی
سالیانه (میلیمتر) ارتفاع از
سطح دریا (متر) عرض جغرافیایی طول جغرافیایی موقعیت مکانی وضعیت آب و هوایی
24- و 44+ 241 و 783 6/1351 '20 و °34 '19 و °47 رشته کوه های
زاگرس شمالی نیمه خشک
معتدل سرد

وضعیت بارندگی و دما
میزان بارندگی سال زراعی 91-90 در ایستگاه سرارود 7/302 میلی‌متر بوده که در مقایسه با میانگین بلند مدت 2/111 میلی‌متر و نسبت به سال زراعی گذشته 6/11 درصد کاهش داشته است (جدول 3-2). پراکنش بارندگی در پاییز 1/127 در زمستان 2/104 و در بهار 4/71 میلی‌متر بوده است. به عبارت دیگر، 98/41 درصد بارش‌ها در پاییز 42/34 درصد در زمستان و58/23 درصد در بهار بوقوع پیوسته‌اند. داده‌های درجه حرارت نشان می‌دهند که متوسط دمای سال زراعی اخیر 6/10 درجه سانتی‌گراد بوده که در مقایسه با میانگین بلند مدت85/0 درجه سانتی‌گراد و نسبت به سال زراعی گذشته 97/0 درجه ‌سانتی‌گراد کاهش داشته است. مجموع روزهای زیر صفر 99 روز بوده که نسبت به میانگین بلند مدت 18 روز و نسبت به سال زراعی گذشته 22 روز افزایش داشته است. ‍‍جدول3-2- آمار هواشناسی سال زراعی91-90 ایستگاه تحقیقات کشاورزی دیم سرارودماه
بارندگی
میلیمترحداقل دمای مطلق حداکثر دمای مطلق متوسط
دما
تعداد روز زیر صفر % رطوبت نسبی تبخیر
میلیمتر متوسط دمای حداقل متوسط دمای حداکثر
مهر 0 2/1 8/31 6/17 0 4/27 6/182 3/8 27
آبان 2/126 4/2- 2/23 4/10 2 7/60 3/55 8/4 16
آذر 9/0 6/7- 6/15 4 27 4/52 0 4/3- 4/11
دی 3/14 8/8- 6/15 3/4 22 58 0 2- 6/10
بهمن 1/77 13- 2/14 7/2 18 60 0 7/2- 3/8
اسفند 8/12 12- 6/22 1/4 22 50 0 3/2- 5/10
فروردین 8/59 6/3- 6/25 5/11 8 53 8/62 1/4 9/18
اردیبهشت 4/11 3 2/33 7/17 0 37 3/227 9 5/26
خرداد 2/0 4/6 8/37 5/23 0 26 8/386 2/14 7/32

نمودار3-1- بارندگی، تبخیر و متوسط دمای حداقل و حداکثر مطلق در سال زراعی 2012-2011 ایستگاه سرارود3-2- طرح آزمایشی و عملیات زراعی در این بررسی 100 ژنوتیپ گلرنگ (جدول3-3) در قالب طرح لاتیس ساده 10×10 با 2 تکرار در کشت پاییزه و در شرایط دیم مورد ارزیابی قرار گرفتند. هر کرت آزمایشی شامل سه ردیف 4 متری با فاصله بین ردیف ها 30 سانتی‌متر، فاصله بوته‌های روی ردیف 10 سانتی‌متر و فاصله بین دو کرت 60 سانتی‌متر و فاصله بین دو بلوک 250 سانتی‌متر در نظر گرفته شد.
عملیات تهیه زمین در شهریور ماه شامل شخم، دیسک، ماله، مصرف علف‌کش و مصرف کود بوده و از خطی کار جهت ایجاد ردیف‌های کشت در مزرعه استفاده شد. کشت به صورت دستی و در تاریخ 28/7/90 انجام شد. میزان کود مصرفی برابر فرمول کودی N80 P60 بوده که کود فسفات و اوره در زمان کاشت مصرف گردید. در زمان داشت نیز دو نوبت وجین دستی صورت گرفت.
در طول دوره رشد گیاه همچنین از علف کش سیستمیک هالوکسی فوپ پی متیل 8/10% ای سی (گالانت سوپر) بر علیه باریک برگهای گرامینه موجود در مزرعه گلرنگ استفاده گردید. این سم علف کشی است که پس از رویش علف‌های هرز یکساله (مرحله 2-4 برگی) و چندساله (ارتفاع 10-30 سانتیمتر) بکار می‌رود. میزان مصرف آن 75/0- 1 لیتر در هکتار است.
جدول 3-3- اسامی 100 ژنوتیپ گلرنگ تحت بررسی در شرایط دیم
شماره ژنوتیپ شماره ژنوتیپ شماره ژنوتیپ
1 Isfahan Todeh 35 LRV 55 - 296 69 246 - LR 51- 83 / 697
2 PI - 198844 36 LSP 70 P559909/ACSTIRLING
3 697 37 Legzi Rez 71 8 - S6 / 60
4 LRV 51 / 5 38 Marageh 27 72 3147
5 Ajabshir Local 39 Varamin 295 73 PI - 250840
6 Isfahan10 40 Isfahan12 74 279
7 S6 / 7 /46 41 Babarez Dorosht 75 VARIETY FIRO- 44
8 Pacific - 3164 42 11 - V - 51 - 21 76 2 - 8 - S6 - 51
9 10 - 94 / SV /760/13 43 3150 77 SNC - 531
10 SnC - ABS 44 S - V - 60 78 PI - 258417
11 S6 / V / 46 - 9 45 30 / 324 - SV 76 / 697 79 2 / S6 / 697
12 29 46 250 - S6 / 91 80 PI 603207/LESAF 494
13 171 / LR - 55 - 697 47 508 81 13
14 472 48 LRV 51 / 20 82 377 / S6 / 697
15 Darab 4 49 196 - S6 - 58 - 41 83 25
16 Isfahan 14 50 185S6 - 58 84 183 - S6 - 58 / 41
17 Darab11 51 Isfahan37 85 2
18 Unknown 52 SNC - 456 86 357 - S6 / 697
19 Almaneh Rez 53 267 - S6 / 20 87 Syrian
20 12 54 PI - 307014 88 47 - S6 / 58 11
21 Dadaneh Dorosht 55 55 - 56 89 Zarghan 279
22 12D - 51 / 530 56 Legzy Dorosht 90 Almaneh Rez
23 Kerjo Rez 57 176 91 6 / 5 - S6 -58 / 11
24 Dincer 58 825 / 59 92 6 (Fall)
25 LRV 55 / 292 59 LRV-51 / 13 93 Zanjan Local
26 PI- 537636 60 LRV- 55 / 56 94 Darab 9
27 357 / S6 / 697 61 Isfahan28 95 3150
28 3 - LR55 / 292 62 S6/1151 96 1
29 24 - LR S3 - 11 63 LRV 55/296 97 S / 11 - 81
30 Goshtkani Dorosht 64 317 - S6 - 697 98 Sina
31 13 65 27258 -SV / V /60 /207 99 Galehkohneh Dorosht
32 PI - 251988 66 PI-258409 100 Goshkhani Dorosht
33 SNC . 1 67 268 / S6 - 20 34 180 68 Zard Gol 3-3- روش‌های نمونه برداری
3-3-1- تاریخ گلدهی (شروع و پایان) و دوره گلدهی
در این صفات به منظور تعیین شروع گلدهی هنگامی که حدود 10 درصد گیاهان وارد گلدهی شدند، زمان شروع گلدهی ثبت می‌شود. در ادامه به منظور مشخص کردن زمان پایان گلدهی وقتی تقریباً تمام گیاهان موجود در هر کرت گلهای خود را نشان دادند، پایان گلدهی یادداشت شد. از تفاضل این دو صفت طول دوره گلدهی به دست آمد. با تعیین تاریخ‌های فوق و استفاده از تاریخ سبز شدن به عنوان مبدأ محاسبات به ترتیب تعداد روز تا شروع و پایان گلدهی محاسبه گردید.
3-3-2- تاریخ رسیدگی
ثبت این تاریخ در مشخص کردن ارقام زودرس بسیار مؤثر می‌باشد. برای ثبت این صفت با بررسی قوزه‌های هر کرت، قوزه‌هایی که بذور آنها مراحل خمیری را طی کرده و رطوبت دانه‌ها به حدود 20 درصد رسیده باشند به طوری که با وارد کردن فشار به بذر در بین دو انگشت نباید له شود، بلکه باید براحتی خرد شود که در این صورت وارد مرحله رسیدن فیزیولوژیک شده است. در این مرحله کل بوته خشک بوده و پشت قوزه‌ها کاملاً زرد شده است. با تعیین تاریخ فوق و استفاده از تاریخ سبز‌شدن به عنوان مبدأ تعداد روز تا رسیدن محاسبه گردید.
3-3-3- ارتفاع گیاهدر این نمونه برداری ارتفاع از سطح زمین تا بلندترین قوزه فرعی ثبت شد و در جدول داده‌ها میانگین 5 گیاه از هر ژنوتیپ قرار داده شد.
3-3-4- تعداد شاخه‌جانبیبا شمارش و بر اساس میانگین شاخه فرعی 5 بوته به صورت تصادفی اندازه‌گیری شد.
3-3-5- طول شاخه‌های جانبیتعداد 3 گیاه از هر تکرار به صورت تصادفی انتخاب شد و بر اساس دستور‌العمل IBPGR به بدون شاخه کد 0، شاخه کوتاه کد3، شاخه متوسط 5، شاخه بلند 7 داده شد.
3-3-6- وسعت خار برگ تعداد 3 گیاه از هر تکرار به صورت تصادفی انتخاب شد و بر اساس دستور‌العمل IBPGR به بدون خار کد 0، کم خار کد 3، متوسط کد 5، پرخار کد 7 داده شد.
3-3-7- حاشیه برگ تعداد 3 گیاه از هر تکرار به صورت تصادفی انتخاب شد و بر اساس دستور‌العمل IBPGR به بدون دندانه کد 1، دندانه دندانه کد 2، دندانه دار عمیق کد 3 داده شد.
3-3-8- تعداد قوزه در بوته
از طریق شمارش و بر اساس میانگین تعداد قوزه در 5 بوته در زمان رسیدگی محاسبه شد.
3-3-9- شکل قوزه تعداد 3 گیاه از هر تکرار به صورت تصادفی انتخاب شد و بر اساس دستور العمل IBPGR به قوزه مخروطی کد 1، بیضی کد 2، پهن کد 3 داده شد.
3-3-10- قطر قوزه
در مرحله رسیدگی تعداد 5 قوزه به صورت تصادفی از هر کرت انتخاب و بر حسب میلی‌متر به وسیله کولیس اندازه‌گیری شد.
3-3-11- طول و عرض براکتهبا استفاده از خط‌کش و بر اساس میانگین 5 بوته اندازه‌گیری شد.
3-3-12- تعداد دانه در قوزه
در زمان رسیدگی بر مبنای شمارش دانه‌های 5 قوزه در هر ژنوتیپ، میانگین تعداد دانه در قوزه شمارش گردید.
3-3-13- وزن هزار دانه پس از برداشت کرت‌ها، تعداد 500 دانه از هر ژنوتیپ شمارش و به وسیله ترازوی حساس و بر حسب گرم اندازه گیری گردید. سپس با دو برابر کردن وزن هزار دانه محاسبه گردید.
3-3-14- اندازه بذر تعداد 3 گیاه از هر تکرار به صورت تصادفی انتخاب شد و بر اساس دستور‌العمل IBPGR به بذر کوچک کد 3، بذر متوسط کد 5، بذر بزرگ کد 7 داده شد
3-3-15- عملکرد دانه در هکتاردانه جمع‌آوری شده بر اساس مساحت تخصیص داده شده به هر ژنوتیپ به صورت گرم در متر مربع یادداشت شده و در ادامه با تبدیل عملکرد به کیلوگرم در هکتار داده‌های آماری ثبت شد.
3-3-16- درصد روغن در اندازه‌گیری برای درصد روغن 20 گرم به همراه 2 گرم بذر اضافی به منظور از بین بردن خطا توزین و پوکی بذر و ناخالصی‌های فیزیکی دیگر، وزن گردید. سپس توسط دستگاه NMR در آزمایشگاه بخش دانه‌های روغنی معاونت مؤسسه تحقیقات دیم (سرارود) مورد تجزیه قرار گرفتند و درصد روغن آنها ثبت گردید.
3-3-17- عملکرد روغن
عملکرد روغن هر ژنوتیپ بعد از بدست آوردن درصد روغن و عملکرد دانه بر حسب واحد کیلوگرم در هکتار از طریق فرمول زیر محاسبه گردید.
عملکرد روغن = درصد روغن × عملکردانه
3-4- روش‌های آماری
نقش روش‌های آماری و بیومتری در جهت روشن شدن نتایج آزمایش قابل توجه می‌باشد. در این آزمایش سعی شده با استفاده از تجزیه و تحلیل داده‌ها به همراه مواردی مثل تشکیل جداول تجزیه و رسم نمودارها مفاهیم مربوط به آزمایش قابل درک شود. از روش‌های آماری استفاده شده به منظور تجزیه تنوع ژنتیکی گلرنگ می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
3-4-1- تجزیه واریانس و مقایسه میانگین صفات کمی
تجزیه واریانس بر اساس طرح لاتیس ساده برای همه صفات ذکر شده انجام ‌پذیرفت (جدول 3-4). مقایسه میانگین صفات با استفاده از آزمون SNKدر سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت. محاسبات این آزمون مشابه با آزمون دانکن است، با این تفاوت که در اینجا از جدول توکی استفاده می شود. برآورد واریانس‌ها و امید‌ریاضی میانگین مربعات صفاتی که مزیت نسبی تجزیه واریانس آنها بر اساس طرح لاتیس ساده کمتر از 100 می‌باشد بر اساس طرح بلوک‌های کامل تصادفی انجام پذیرفت(کمپتورن 1969).
جدول 3-4- امید ریاضی میانگین مربعات تجزیه واریانس لاتیس مربع ساده در مدل تصادفی
امید ریاضی میانگین مربعات درجه آزادی منابع تغییر
σ2 + kσb2 + vσr2 MSR m-1 تکرار
σ2 + (k/k+1) + mσt2 MST (Adj) v-1 تیمار تصحیح شده
σ2 + (m-1/m) kσb2 MSB/R (Adj) m(k-1) بلوکهای درون تکرار
(تصحیح شده)
σ2 MSe (k-1)(mk-k-1) اشتباه
که در معادله فوق:
واریانس ژنتیکی
تعداد بلوک های ناقص
MST(Adj) = میانگین مربعات تیمار تصحیح شده
MSe = میانگین مربعات اشتباه
m = تعداد تکرار
3-4-2- استفاده از آمار توصیفی به منظور درک کلی از صفاتبه منظور ارزیابی تنوع ژنتیکی بین ژنوتیپ‌های مورد بررسی از لحاظ صفات اندازه‌گیری شده، پارامترهای آماری شامل میانگین، دامنه تغییرات، انحراف معیار، ضرایب تنوع‌ژنتیکیو فنوتیپیو وراثت‌پذیری هر صفت محاسبه شد. این ضرایب از تجزیه واریانس ژنوتیپ‎ها حاصل گردید.
به منظور محاسبه واریانس ژنتیکی از امید ریاضی جدول تجزیه واریانس طرح لاتیس ساده (جدول3-4) استفاده شد. برای برآورد واریانس ژنتیکی از معادله ذیل استفاده گردید (ویانا و رگازی 1999).

سپس ضرایب تنوع ژنتیکی و فنوتیپی و وراثت‌پذیری عمومی هر صفت از روابط زیر محاسبه شد:


ضریب تغییرات ژنوتیپی

ضریب تغییرات فنوتیپی

وراثت‌پذیری عمومی

در این فرمول‌ها میانگین صفت مورد مطالعه، واریانس ژنتیکی ، واریانس فنوتیپی و وراثت پذیری عمومی صفت می‌باشد.
نحوه ارزیابی و امتیازدهی صفات کیفی طول شاخه‌های جانبی، وسعت خار برگ، حاشیه برگ، شکل قوزه و اندازه بذر مطابق دستورالعمل IBPGR انجام شد. همچنین به منظور تعیین تنوع صفات کیفی، از شاخص شانون (H´) طبق فرمول زیر استفاده شد:
H´=-i=1sPi ln(Pi)در این فرمول Pi نشان دهنده فراونی نسبی هر گروه فنوتیپی، در صفت مربوطه، و s تعداد گروه های فنوتیپی هر صفت می‌باشد. هر چه مقدار این شاخص برای صفتی بیشتر باشد، نشان دهنده تنوع بیشتر آن صفت خواهد ‌‌بود (چاودری و همکاران 2004).
3-4-3- همبستگی ساده بین صفاتیکی از معیارهای اندازه گیری همبستگی بین دو متغیر تصادفی ضریب همبستگی یا کورولاسیون می‌باشد و مقدار عددی حاصل از آن بین 1 و 1- می باشد که در صورت نزدیکی به 1 نشان دهنده همبستگی شدید بین دو متغیر می‌باشد.
r=cov xy/δx. δy
3-4-4- گروه‌بندی جمعیت‌ها
پس از برآورد روابط ژنتیکی افراد و یا جمعیت‌ها، گام بعدی گروه‌بندی بر اساس درجه شباهت یا تفاوت آنهاست. در این راستا روش‌های آماری چند متغیره از قبیل تجزیه کلاستر، تجزیه به مؤلفه‌های اصلی و تجزیه به مختصات اصلی از متداول‌ترین روش‌های آماری مورد استفاده هستند (محمدی، 1381).
3-4-4-1 تجزیه کلاسترتجزیه کلاستر یکی از روش‌های آماری چند متغیره و غیر پارامتری است که در آن با در دست داشتن نمونه‌ای از n فرد و اندازه‌گیری p متغیر بر روی هر فرد، می توان افراد را در کلاسهایی گروه‌بندی نمود که افراد مشابه در داخل یک کلاس قرار می‌گیرند. از تجزیه کلاسترها هنگامیکه در بین افراد هیچ گروه‌بندی واضحی وجود ندارد استفاده می‌شود روش‌های زیادی در انجام تجزیه کلاستر وجود دارد اما این کار عمدتاً به دو روش طبقاتی و غیر‌طبقاتی صورت می‌گیرد. روش طبقاتی نیز خود به دو صورت طبقاتی تجمعی و طبقاتی تقسیم کننده انجام می‌شود (رومسبرگ، 1990). روش طبقاتی با محاسبه فاصله هر فرد از سایر افراد شروع می‌شود. در روش تجمعی هر فرد در ابتدا یک گروه مجزا را تشکیل می‌دهد سپس گروه‌های نزدیک به هم بتدریج ترکیب شده تا در نهایت کلیه افراد در یک گروه قرار گیرند (بودلندر و همکاران، 1964). با این روش می توان جهت بررسی دوری یا نزدیکی و خویشاوندی مواد گیاهی (گیاهان خودگشن) مورد مطالعه، استفاده نمود. این روش آماری به محققین کمک خواهد کرد که مقدار آمیزشهای مطلوب را افزایش دهند. چون با این روش هر چه فاصله اقلیدسی بین دو نمونه از کلاسترها بیشتر باشد، آن زوج از هم دورتر قرار دارند (فرشادفر، 1379).
مراحل تجزیه کلاستر
انجام تجزیه کلاستر شامل 6 مرحله زیر است:
تشکیل ماتریس داده‌های خام p ×n .
استاندارد کردن ماتریس داده‌ها.
محاسبه ماتریس تشابه یا ماتریس فاصله.
برای محاسبه ضرایب تشابه و یا فاصله باید عمل محاسبه در بین افراد بصورت دو به دو صورت گیرد. سپس برای n فرد باید ضریب تشابه یا فاصله محاسبه گردد. روش‌های مختلفی برای محاسبه ضرایب فاصله وجود دارد که در ارتباط با داده‌های کمّی اسامی برخی از این روشها عبارتند از ضریب فاصله اقلیدسی، ضریب فاصله اقلیدسی میانگین، ضریب اختلاف در شکل ضریب کسینوس، ضریب همبستگی، ضریب متریک کنبرا، ضریب بری کورتیکس، ضریب بری کورتیکس تغییر یافته، ضریب پنروز و ضریب ماهالانوبیس. متداولترین روش محاسبه فاصله برای داده‌های کمی استفاده از ضریب اقلیدسی است که در زیر توضیح داده می‌شود.
به منظور تفهیم بهتر، حالت ساده‌ای را در نظر می‌گیریم که بر روی n فرد تعداد p متغیر اندازه‌گیری شده باشد. ارزشهای فرد i عبارتست از و ارزشهای فرد j برابر است. فاصله بین فردi j مدنظر است اگر تنها دو متغیر وجود داشته باشد (p=2) بنابر قضیه فیثاغورث طول خط که از اتصال نقاط مربوط به فرد j i بدست می آید بصورت زیر خواهد آمد:

و اگر تعداد متغیرها بیشتر باشد رسم نمودار ممکن است اما می‌توان از فرمول کلی زیر که فاصله اقلیدسی نامیده می‌شود استفاده کرد:

نیاز به استاندارد کردن داده‌ها نیز در این مرحله آشکار می‌شود، زیرا در صورت بکار بردن داده‌های غیر‌استاندارد، اگر یکی از متغیرهای مورد اندازه‌گیری تغییرات بیشتری نسبت به سایر متغیرها داشته باشد، آنگاه سهم بیشتری در محاسبه فاصله‌ها خواهد داشت و انجام گروه‌بندی بر اساس فاصله‌ها گمراه کننده خواهد بود، در صفاتی که بصورت کیفی هستند، محاسبه ماتریس تشابه از طریق ضرایب خاص صورت می‌گیرد.
اعمال روش‌های کلاستر
که مهمترین آنها بشرح زیر است:
ادغام بر حسب متوسط گروهها UPGMA
ادغام نزدیکترین همسایه هاSLINK

matn asli

معاونت پژوهش و فن آوری
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با یاری از خداوند سبحان و اعتقاد به این که عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهمیت جایگاه دانشگاه در اعتلای فرهنگ و تمدن بشری، ما دانشجویان و اعضاء هیات علمی واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی متعهد می‌گردیم اصول زیر را در انجام فعالیت های پژوهشی مد نظر قرار داده و از آن تخطی نکنیم:
1- اصل حقیقت جویی: تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت.
2- اصل رعایت حقوق: التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان، حیوان و نبات) و سایر صاحبان حق
3- اصل مالکیت مادی و معنوی: تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش
4- اصل منافع ملی: تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظر داشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش
5- اصل رعایت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال، تجهیزات و منابع در اختیار
6- اصل رازداری: تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق
7- اصل احترام: تعهد به رعایت حریم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هرگونه حرمت شکنی
8- اصل ترویج : تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد.
9- اصل برائت: التزام به برائت جویی از هرگونه رفتار غیرحرفه‌ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌های غیرعلمی می‌آلایند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده1
فصل اول « بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
1-1- مقدمه3
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها5
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل5
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی6
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال7
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی7
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی8
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم9
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی9
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی10
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور12
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم 13
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی15
1-4- پوش آور مودی15
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی 15
1-6- نتیجه گیری16
فصل دوم « بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
2-1- مقدمه18
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار20
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار20
2-3-1- روشهای آمریکایی22
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن22
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ24
2-3-2- روشهای اروپایی27
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری27
2-3-2-2- روش انرژی29
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار30
2-4-1- شکل پذیری30
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه30
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری30
2-4-2- مقاومت افزون32
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون33
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون35
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها36
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون37
2-4-3- درجه نامعینی38
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای 39
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف42
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها44
2-5- محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی44
2-5-1- معیار های عملکرد در آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی45
2-5-1-1- معیار تغییر مکان نسبی بین طبقات46
2-5-1-2- معیار پایداری46
2-6-روش بررسی ضریب رفتار با روند fema p695 47
2-7- نتیجه گیری56
فصل سوم « مدلسازی مسئله »
3-1-مقدمه58
3-2-فرضیات58
3-3-تحلیل استاتیکی خطی59
3-4-تحلیل پوش آور64
3-5-تحلیل دینامیکی غیر خطی(incremental dynamic analysis)68
فصل چهارم « ارزیابی ضرایب رفتار قاب ها »
4-1-مشخصات دینامیکی مدل ها74
4-2- ضریب بیش مقاومت74
4-3-محاسبه ظرفیت خرابی بوسیله آنالیز IDA76
4-4- بررسی خرابی83
فصل پنجم « نتیجه گیری »
5-1 نتیجه گیری85
منابع87

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسز42
جدول2-2- نسبت دقت برای نیاز طراحی48
جدول2-3- نسبت دقت برای آزمایش مصالح49
جدول2-4 جهت محاسبه SSF53
جدول2-554
جدول2-655
جدول 3-1 مشخصات مصالح59
جدول 3-2 انواع قاب ها60
جدول 3-3 نتایج تحلیل استاتیکی خطی62
جدول3-4 خروجی پوش آور68
جدول 3-5 انواع شتاب نگاشت و ضریب نرمال سازی شتاب نگاشت ها69
جدول4-174
جدول4-275
جدول4-3 خروجی پوش آور75
جدول4-476
جدول 4-577
جدول4-678
جدول4-778
جدول 4-8 خروجی IDA79
جدول 4-980
جدول 4-1081
جدول 4-1181
جدول 4-1281
جدول4-13 نهایی82


فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1 مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور11
شکل 1-2 منحنی پوش آور14
شکل 2-1 نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف25
شکل 2-2 مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد28
شکل 2-3 طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت 32
شکل 2-4 حالت های کلی ناپایداری.47
شکل2-5نمودار پوش آور50
شکل 2-6 نمودار IDA52
شکل 3-1 مقدار و نحوه بار گذاری بار مرده برای مدل پنج سقف با پنج دهانه60
شکل 3-2 ابعاد تیر و ستون مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-3 مقدار آرماتور طولی برای مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-4 منحنی رفتار فولاد مورد استفاده65
شکل 3-5 نمودار پوش اور مدل پنج دهانه پنج سقف67
شکل 3-6 نمودار IDA پنج دهانه سه سقف72
شکل 4-1 نمودار IDA پنج دهانه پنج سقف76
شکل 4-2 نمودار ADI سه دهانه سه سقف77
شکل 4-3 پوش اور نمودار مدل 3x380
شکل 4-4نمودار جابجایی نسبی طبقات83
چکیده
در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل نیاز است که ضریب رفتار با استفاده از روش های معتبر مورد نقد قرار گیرد. بدین منظور در این پایان نامه بر آن شدیم که با استفاده از روند آیین نامه FEMA p695 این ضریب را برای قاب های متداول ایران مورد بحث قرار دهیم.که روال انجام آن مختصرا به شرح زیر است. ما از نه قاب بتن آرمه با تنوع یک و سه و پنج طبقه و تعداد دهانه یک و سه و پنج دهانه استفاده کردیم که طراحی مدلهای سازه ای متنوع از یک سیستم سازه ای با توجه به آیین نامه های طراحی و بارگذاری مربوط، تشخیص میزان اطمینان از رفتار لرزه ای سیستم سازه ای مورد نظر، انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی برای محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه ها و ضریب شکل پذیری بر مبنای پریود، محاسبه نسبت مرز خرابی بوسیله آنالیز دینامیکی غیر خطی و مقایسه این نسبت با نسبتهای پیشنهادی آیین نامه با توجه به اصلاحات شکل طیفی و غیره. به این منظور از نرم افزار های ETABS, Seismostruct استفاده می شود.و در پایان به بررسی خرابی یک نمونه از مدل ها می پردازیم.و از جداول و نمودارها نتایج لازم استخراج می نماییم.
کلید واژه ها : ضریب رفتار ،ضریب اضافه مقاومت ،FEMA p695 ،قاب های خمشی بتن آرمه
فصل اول
« بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
در حال حاضر به نظر می رسد بهترین روش انجام آنالیزهای لرزه ای، آنالیز دینامیکی غیرخطی باشد ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین را بر آن داشته است تا طیف وسیعی از مطالعات در مورد آنالیز های استاتیکی غیرخطی موسوم به پوش آور مرسوم داشته باشند.با توسعه کاربرد تحلیل پوش آور در سالهای اخیر روشهای پوش آور پیشرفته متعددی برای لحاظ کردن اثر مود های بالاتر و همچنین اثر تغییرات مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء پیشنهاد شده است. روشهای پیشنهادی عموماً برای لحاظ کردن اثرات مود های بالاتر از چندین تحلیل پوش آور با الگوی بارهای متناسب با اشکال مودی سازه استفاده می نماید و نتایج حاصل از این تحلیل ها با یکدیگر ترکیب می شوند. در این فصل فرایند توسعه روشهای پوش آور به طور کامل شرح داده می شود و در انتها آخرین نتایج به دست آمده توسط محققین ارائه می گردد.
1-1- مقدمه
در سالهای گذشته آنالیز ارتجاعی، بیشترین کاربرد را جهت تحلیل و بررسی رفتار سازه ها در مقابل زلزله داشته است، اما عملکرد سازه ها در زلزله ها نشان داده است که صرفاً تحلیلهای ارتجاعی برای این منظور کافی نیستند. آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی، دقیق ترین روش جهت بررسی رفتار سازه ها هنگام زلزله است، اما این روش بسیار وقت گیر و پیچیده است. در این شیوه برای آنالیز سازه نیاز به مجموعه ای از شتابنگاشتهای مختلف می باشد تا بتوان بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیزهای انجام شده تصمیم مقتضی گرفت، ضمن اینکه تصمیم گیری در مورد نتایج بدست آمده نیاز به دانش و تخصص کافی در این زمینه دارد.
در پی مشکلات عنوان شده پژوهشگران پیوسته به دنبال روشی بوده اند که بتواند با سرعت بالاتری سازه ها را در ناﺣﯿﮥ غیر خطی تحلیل کند. در این راستا ایدﮤ تحلیل استاتیکی فزایندﮤ غیر خطی در سال 1975 توسط محققین مطرح گردید و گامهای اولیه در این زمینه برداشته شد.
در روش مذکور، موسوم به آنالیز پوش آور متداول، سازه تحت الگوی بارگذاری ثابت تا تغییر مکان معینی موسوم به تغییر مکان هدف جلو برده می شود، مگر اینکه فروریزش سازه زودتر از رسیدن به تغییر مکان هدف رخ دهد. بعد از انجام آنالیز قادر به استخراج نتایجی از قبیل منحنی ظرفیت سازه، تغییر مکان نسبی طبقات، نیروهای داخلی اعضاء و دیگر پاسخهای لرزه ای سازه خواهیم بود .
لازم به ذکر است در طی سالهای اخیر تحلیل پوش آور به عنوان یک فرایند کاربردی نقش موثری در جهت پیشرفت و توسعه آنالیز های لرزه ای بر مبنای عملکرد داشته است و به طور گسترده ای در آیین نامه ها و دستوالعمل های بهسازی لرزه ای سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. در طی فرایند تحقیقات به عمل آمده در مورد روشهای پوش آور از سوی محققین و در جهت رفع معایب پوش آور مرسوم که قادر نمی باشد اثر مودهای بالاتر و اثر تغییر مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء در نظر بگیرد روشهای پوش‌آور جدیدی براساس مفاهیم ترکیب مودال سازه ارائه گردیده است. در سال 2002 روش MPAتوسط چوپرا وگوئل پیشنهاد شد. در این روش چندین تحلیل پوش‌آور با الگوی بار متناسب با اشکال مودی الاستیک چند مود اول انجام گرفته سپس پاسخ لرزه‌ای سازه از ترکیب پاسخ‌های حاصل از هر مود با استفاده از روش ترکیب مجموع مربعات (SRSS) بدست می‌آمد. از آنجایی که در مودهای بالاتر افزایش جابجایی بام متناسب با افزایش جابجایی سایر طبقات نمی‌باشد و حتی در برخی موارد با افزایش برش پایه طبقه بام در جهت عکس حرکت می‌کند لذا استفاده از جابجایی بام به عنوان نقطه کنترل تغییر مکان در مودهای بالاتر با ابهاماتی روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل برای رفع این نقیصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام این تحلیل‌ها به علت آنکه الگوی بارگذاری ثابت است و باتوجه به کاهش سختی در طی تحلیل الگوی بار بهنگام نمی شود همچنان این آنالیز ها ازنتایج خوبی برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسی‌ها در جهت رفع نواقص روش های قبلی، روشهایی ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختی ناشی از تسلیم اعضاء بارگذاری بهنگام می شود و در سالهای اخیر توسط آنتونیو و پینهو جدیدترین روشهای پوش‌آور تطبیقی APA که به صورت یک مدل تحلیل فیبری (Fiber)تحت عنوان روشهای FAPوDAPتوسعه یافته است. در ادامه پس از مروری بر آنالیز های لرزه ای مورد استفاده در آئین نامه ها به شرح کامل آنالیز استاتیکی غیر خطی خواهیم پرداخت.
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها
به منظور بررسی رفتار سازه در مقابل زلزله و همچنین طراحی لرزه‌ای، نیاز به تحلیل لرزه‌ای میباشد. انتخاب نوع تحلیل بستگی به عواملی همچون دقت مورد انتظار و توصیه آیین نامهها دارد. آنالیز لرزه‌ای سازهها به چهار روش استاتیکی و دینامیکیِ خطی و غیرخطی انجام می‌شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل
این روش از متداولترین شیوه‌های تحلیل لرزه‌ای است که در تمام آیین نامه‌های زلزله دنیا با اختلافاتی جزئی نسبت به یکدیگر از آن استفاده شده است. روش کار بدین گونه است که برش پایه طرح که درصدی از وزن سازه است و توسط ضریبی به نام ضریب زلزله بدست می آید، بر اساس یک الگوی بارگذاری مشخص در امتداد قائم سازه توزیع و به آن وارد میگردد. پس از این مرحله با استفاده از ترکیبات بارگذاری توصیه شده توسط آیین نامهها، تحلیل سازه با فرضیات و تئوری های حاکم بر رفتار ارتجاعی و خطی، انجام می گیرد و نیروهای داخلی اعضا استخراج و سپس طراحی صورت می پذیرد.
الگوی بارگذاری در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران) به شکل مثلثی و برگرفته از شکل مود اول الاستیک سازه است. در استاندارد 2800 ایران، نیروی برشی پایه ، مطابق رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می گردد:
(1-1)
در رابطه (1-1):
: نیروی جانبی در تراز طبقهام، : ارتفاع طبقهام از تر از پایه،: ارتفاع طبقهام از تراز پایه، : وزن موثر طبقهام، : وزن موثر طبقهام و نیروی جانبی اضافی در تراز سقف که بوسیله رابطه زیر تعیین می شود:
(1-2)
نیروی نباید بیشتر از در نظر گرفته شود و چنانچه برابر یا کوچکتر از ثانیه باشد، می توان آن را برابر صفر اختیار نمود.
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی
از دیگر روشهای تحلیل لرزه‌ای سازهها که به طور کاربردی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحلیل دینامیکی خطی است که به دو روش طیفی و تاریخچه زمانی صورت می‌پذیرد.
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال
در این روش نیز مانند تحلیل استاتیکی معادل، رفتار اعضای سازه در طی تحلیل سازه ارتجاعی فرض می‌گردد. مشخصات دینامیکی سازه که در طی تحلیل از آن استفاده می‌گردد، مانند زمان تناوب مود‌ها و اشکال مودی، بر رفتار ارتجاعی استوار است. در این روش ابتدا مشخصات دینامیکی سازه در هر مود محاسبه می‌گردد (که امروزه این کار بوسیله نرم‌افزارهای تخصصی انجام می گیرد)، سپس شتاب پاسخ هر مود با توجه به زمان تناوب آن بر اساس طیف پاسخ زلزله مورد نظر یا طیف طرح آیین نامه محاسبه و به دنبال آن هر گونه پاسخ لرزه‌ای سازه در آن مود مانند برش پایه، نیروی طبقات، تغییرمکان نسبی طبقات، نیروی اعضا و ... طبق مشخصات دینامیکی آن مود بدست خواهد آمد. پس از آن با استفاده از روشهای آماری معتبر مانند جذر مجموع مربعات(SRSS) یا ترکیب مربعی کامل(CQC) پاسخ مودها با یکدیگر ترکیب و به این ترتیب پاسخ کلی حاصل می‌گردد.
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی
فرضیات این تحلیل نیز مانند تحلیل طیفی خطی بر اساس رفتار ارتجاعی اعضا و سازه استوار است. شیوه تحلیل بدین گونه است که پی سازه تحت اثر شتابنگاشت زلزله مورد نظر با به کارگیری روابط دینامیک سازه تحلیل می‌شود و پاسخهای سازه در هر گام زمانی ثبت می گردد و مجموعهای موسوم به تاریخچه پاسخ حاصل می گردد. در نهایت مهندس طراح بر اساس تاریخچه های پاسخ سازه در مقابل شتابنگاشتها و اتکا بر دانش و قضاوت مهندسی، در مورد چگونگی کاربرد پاسخ ها جهت طراحی سازه تصمیم خواهد گرفت.
خصوصیات شتابنگاشتهای انتخاب شده جهت تحلیل به شرح زیر است.
الف- حداقل باید سه زوج شتاب نگاشت انتخاب گردد که در این صورت حداکثر بازتاب در هر لحظه زمانی از این سه زوج به عنوان بازتاب نهایی تلقی می‌گردد. از هفت زوج شتابنگاشت نیز جهت تحلیل می‌توان استفاده کرد که در این حالت، بازتاب نهایی مورد نظر، میانگین بازتاب‌های بدست آمده خواهد بود.
ب- ساختگاههای شتابنگاشتها باید به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و خصوصیات لایه‌های خاک با زمین محل ساختمان، تا حد امکان مشابهت داشته باشند.
ج- مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشتها، حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هرکدام که بیشتر است باشد .
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی
در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی رفتار سازه در حوزه غیرارتجاعی تحت شتابنگاشت زلزله مورد نظر بررسی می‌گردد. جهت حصول نتایج مطلوب لازم است مشخصات غیرخطی اجزا از قبیل مقاومت، سختی، میزان شکل‌پذیری و همچنین رفتار چرخه‌ای کامل آنها که در نرم افزار مدلسازی می‌گردد، با مشخصات رفتار واقعی آنها مطابقت داشته باشد. این مشخصات معمولاً بوسیله مدلهای ساخته شده در آزمایشگاهها تعیین می شوند . محاسبه تحلیلی پاسخ دینامیکی سازهها در حوزه غیرخطی، حتی اگر تغییرات زمانی تابع تحریک، تابع سادهای باشد، معمولاً امکان پذیر نیست، در نتیجه روش اصلی برای تحلیل سیستم های غیرخطی، روشهای عددی است که از آن جمله می توان به دو روش تفاضل مرکزی و روش نیومارک اشاره نمود. امروزه این کار به عهده رایانه هاست و اساس تحلیل در آنها به روشهای عددی استوار است. در این روش در هر گام زمانی از تحلیل، سختی سازه اصلاح می گردد و پاسخ سازه در آن گام بر اساس سختی اصلاح شده محاسبه می گردد که ثبت پاسخ ها در گامهای زمانی مربوطه منجر به تهیه تاریخچه پاسخ واقعی سازه خواهد شد .
لازم بذکر است که تحلیل سازه به روش تاریخچه زمانی غیرخطی تا حدودی مشکل و وقت گیر است، ضمن اینکه مدلسازی اعضای آن و از طرف دیگر بررسی نتایج تحلیل نیاز به تخصص کافی در این زمینه دارد. این روش معمولاً جهت کارهای تحقیقاتی و تحلیل سازههای خاص و حساس بکار می رود.
بکارگیری روشهای دینامیکی در تحلیل لرزه‌ای کلیه سازه ها مناسب و اختیاری است، اما بر اساس استاندارد 2800 ایران برای ساختمانهای منظم با ارتفاع بیش از 50 متر از تراز پایه و ساختمانهای نامنظم بیش از 5 طبقه و یا ارتفاع بیش از 18 متر اجباری است.
با توجه به مسائل فوق و مشکل بودن این روش از تحلیل لرزه‌ای، محققین بدنبال روشی بوده اند که ضمن دارا بودن سرعت و دقت لازم در تحلیل، عملاً از سادگی نیز برخوردار باشد. حاصل تحقیقات، ارائه روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوشآور) در چند دهه گذشته و روند تکاملی آن در سالهای اخیر بوده است. در ادامه به این موضوع پرداخته می‌شود.
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهای اخیرتحلیل استاتیکی غیرخطی درمقایسه با تحلیل های دینامیکی غیرخطی موردتوجه بیشتری قرارگرفته است.علت این مسأله توانایی تحلیل های استاتیکی غیرخطی درمحاسبه پارامترهای سازهای بدون نیازبه مدلسازی و محاسبات پیچیده خاص تحلیل های دینامیکی غیرخطی است .
توضیح اینکه هرچند از روش های دینامیکی غیرخطی به دلیل درنظرگرفتن توأم اثرات دینامیکی نیرو و رفتارغیرخطی اعضابه عنوان کاملترین روش یاد می شود،امابه دلیل مشکلاتی ازقبیل پیچیدگی،پرهزینه بودن وهمچنین حساسیت زیاد نتایج آن به دقت مدل وفرضیات حرکت زمین،که عدم توجه به آنها باعث کاهش شدید دقت نتایج خواهدشد،باعث می شود به سختی بتوان از این روش برای مسائل کاربردی ومهندسی استفاده کرد.
عامل مهم دیگر یکه باعث تمایل بیشتر به استفاده ازروش تحلیل استاتیک غیرخطی شده است، توانایی این روش دردنبال کردن گام به گام رفتارسازه درطول عملکردغیرارتجاعی آن وتعقیب مکانیزم شکست دراعضاءمی باشد،که این مسأله درتحلیل دینامیکی غیرخطی به سادگی میسرنمیشود. البته باید توجه داشت که دربکارگیری این روش های ساده شده بایدعدم قطعیتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذکوررابه عنوان ابزاری در روش های طراحی براساس عملکردگنجاند.
این روش به نحو مناسبی در سالهای اخیر مورد توجه مهندسین و محققین قرار گرفته و به عنوان ابزاری مناسب جهت تحلیل و تخمین نیاز لرزه‌ای سازه ها در محدوده غیر خطی مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جای خود را در بین روشهای آنالیز غیر خطی به خوبی باز نموده تا جائیکه در سالهای گذشته آیین نامه ها مباحث آنرا در سرفصل های خود جای داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل های متعددی از جمله سری آیین نامه های FEMA، ATC و همچنین دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران در این زمینه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی
اساس کلی روش مذکور موسوم به آنالیز پوش آور مرسوم بدینگونه است که یک بار جانبی مطابق با الگوی بارگذاری ثابت و مشخصی به صورت فزاینده و گام به گام تا رسیدن به یک تغییر مکان از پیش تعیین شده به نام تغییر مکان هدف و یا فرو ریزش و خرابی نهایی سازه به آن اعمال می‌شود. سپس در آن تغییر مکان نیازهای لرزه‌ای سازه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبی به سازه و تغییر شکل آن از حالت ارتجاعی تا فروریزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور
در این روش رفتار یک سیستم چند درجه آزاد از طریق یک سیستم یک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار می گیرد. سیستم یک درجه آزاد معادل نماینده یک سیستم چند درجه آزادی در یک مود مشخص است که دارای خصوصیات مشابهی از جمله پریود و رفتار خطی و یا غیر خطی اجزاء می‌باشد. این مفهوم در مهندسی زلزله جایگاه و کاربرد ویژه ای دارد که می توان به تهیه طیف پاسخ زلزله بوسیله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلی بین این دو سیستم در آنالیز استاتیکی غیر خطی بوسیله ضریب مشارکت مودی، مود اصلی سیستم چند درجه آزاد، ایجاد می گردد. این ضریب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتیب بردار شکل مود اصلی و بردار جرم سیستم چند درجه آزاد می‌باشند.
حال با داشتن ضریب انتقال و نتایج تحلیل پوش آور سیستم چند درجه آزاد و بکارگیری رابطه (1-4) مشخصه های نیرو- تغییر شکل سیستم یک درجه آزاد تعیین می‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتیب تغییر مکان (بام) و برش پایه نظیر آن در سیستم چند درجه آزادی می باشند.
بدین ترتیب منحنی ظرفیت سیستم یک درجه آزاد معادل قابل ترسیم است.
اگر چه این روش از تئوری قوی برخوردار نیست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلی در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضریب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغییرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز می تواند تخمین خوبی جهت تبدیل سیستم چند درجه آزاد به یک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغییر مکان سیستم یک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمین ناشی از زلزله قرار گرفته است را می توان بوسیله طیف های ارتجاعی، غیر ارتجاعی و یا آنالیز تاریخچه زمانی بدست آورد. پس از تعیین تغییر مکان در سیستم یک درجه آزاد، حداکثر تغییر مکان سیستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمین زده خواهد شد.
لازم به توضیح است که تخمین و محاسبه تغییر مکان حداکثر یک سیستم یک درجه آزاد در مقابل حرکات زمین، موسوم به تغییر مکان هدف از طریق طیف پاسخ و یا آنالیز تاریخچه زمانی گستردهای همچون تحلیل طیف ظرفیت را در بر می‌گیرد.
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور
با توجه به اینکه این روش از تحلیل، رفتار سازه را در حالت غیر ارتجاعی نیز بررسی می کند بسیاری از خصوصیات رفتاری سازه که در روشهای خطی قابل دستیابی و مشاهده نیست و از نظر پنهان می‌ماند را هر چند همراه خطا و دارای تقریب، نمایان می کند با چنین اطلاعاتی دقت و میزان صحت تصمیم گیری مهندس و یا محقق جهت اقدامات بعدی افزایش می یابد از جمله موارد کلی استفاده از نتایج تحلیل پوش آور می توان به تهیه منحنی ظرفیت سازه (برش پایه در مقابل تغییر مکان بام) در مقابل بار جانبی اعمال شده تخمین تغییر مکان نسبی طبقات، برآورد میزان چرخش مفاصل پلاستیک ایجاد شده، تخمین تغییر مکان جانبی سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمین و بار جانبی که جهت بررسی رفتار لرزه ای سازه بدان نیاز داریم اشاره نمود.
نتایج قابل مشاهده و دریافت از آنالیز استاتیکی غیر خطی که توسط کراوینکلر و سنویراتنا (1988) ارائه شده به قرار زیر است .
1- برآورد نیروهای واقعی در اعضای ترد و غیر شکل پذیر از قبیل نیروی محوری در ستونها و لنگر ایجاد شده در اتصالات تیر به ستون و برش در اعضای کوتاه که رفتار برشی در آنها حاکم است.
2- تخمین تغییر شکل مورد نیاز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله باید در ناحیه غیر ارتجاعی تحمل نمایند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزای خاص بر پایداری سازه.
4- تعیین محل های بحرانی در سازه مانند مکانهایی که دچار تغییر شکل های زیاد می شوند.
5- تعیین نامنظمی های در پلان یا ارتفاع که باعث تغییر در مشخصات دینامیکی سازه در ناحیه غیر ارتجاعی می گردند.
6- تخمین تغییر مکانهای داخلی طبقات با در نظر گیری ناپیوستگی سختی و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگیری از این نوع خرابی ها در سازه.
7- ترتیب جاری شدن و شکست اعضاء و بررسی پیشرفت منحنی ظرفیت سازه.
8- بررسی کفایت مسیر بار با در نظر گیری تمام اجزاء سازه ای و غیر سازه ای سیستم به عبارت دیگر بررسی کفایت مسیر انتقال بار جانبی با توجه به ترکیب هندسی موجود سازه.
9- پارامترهای رفتار لرزه ای سازه (مثل شکل پذیری، ضریب رفتار، ...)
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم
منحنی ظرفیت سازه به عنوان نموداری که محورافقی آن تغییرمکان افقی نقطه کنترل سازه می باشدومحورقائم آن برش پایه اعمالی بهسازهاست،ازتحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی حاصل میشود. نمونهای از منحنی ظرفیت سازه در شکل (1-2) نشان داده شده است.تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی سازهبا استفاده از نرمافزارهایینظیر ETABS،SAP2000 و .. .به راحتی قابل انجام است.
نامهای انجام یک تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی به صورت زیرفهرست میشود.

شکل(1-2): منحنی پوش آور[10].
1- ایجادیک مدل ریاضی از سازه.
2-اعمال بارجانبی به سازه،پس ازتعیین الگوی بارگذاری جانبی.
3-افزایش بارجانبی اعمالی به سازه تاجاییکه بعضی ازاعضای سازه به حدتسلیم برسند.
4-ثبت برش پایه اعمالی درآن مرحله وتعیین تغییرمکان نقطه کنترل برای کنترل رفتار و استفاده درمراحل بعد،ثبت نیروهای سایراعضا نیزلازم است.
5-بازسازی مدل با فرض سختی جانبی صفر برای اعضای جاری شده سازه.
6-افزایش بارجانبی بهسازه تاجاییکه عضوهای دیگری ازسازه جاری شوند.
7-ثبت برش پایه وتغییرمکان نقطه کنترل.
8- روند 3 تا 7 تاجائی تکرارمیشوندتا اینکه سازه یا براثرعواملی مانند ناپایدار شود و یا اینکه به تغییر مکان مشخص ازپیش تعیین شدهای برسد.
9-رسم برش پایه بدست آمده درمراحل مختلف درمقابل تغییرمکان نقطه کنترل سازه.
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی
در آنالیز استاتیکی فزاینده غیر خطی سه مطلب اساسی باید مورد توجه قرار گیرد که عبارتند از مشخصات غیر خطی اجزاء، الگوی بارگذاری جانبی و تعیین تغییر مکان هدف. عدم شناخت کافی نسبت به موارد مذکور باعث ایجاد خطا در نتایج و تشدید آن در مراحل بعدی خواهد شد .
استفاده از الگوی بارگذاری متناسب با واقعیت، مدلسازی دقیق رفتار غیر خطی اجزاء سازه و تعیین تغییر مکان هدف صحیح، منجر به کسب نتایج با دقت بیشتر و تخمین مناسب نیازهای لرزه ای در آنالیز سازه خواهد شد. در ادامه به آنها پرداخته می شود.
1-4- پوش آور مودی
استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی درتخمین عملکردسازههادرهنگام زلزله بسیار مورد توجه متخصصین قرارگرفته است. از فرضیات این روش این است که، رفتارسازه توسط موداول کنترل می گردد وشکل این مود درتمامی مدت تحلیل ثابت می ماند،که هر دوی این فرضیات غلط می باشند.امانتایج نشان دهندهتقریب مناسب اینروش می باشد. درجهت بهبود هرچه بیشترروش تحلیل استاتیکی فرایندهغیرخطی، روش تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی مودی(MPA) باتوجه به اصول دینامیک سازههاارائه شده است که امکان در نظرگیری تمامی مودهای مؤثردرپاسخ سازه رابه کاربرمی دهد.
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی
با محاسبه سختی لحظه ای اعضاء و در نتیجه ماتریس سختی کل در هر گام از آنالیز در هنگام اعمال بار جانبی به سازه، شاهد کاهش سختی سازه خواهیم بود. این موضوع نه تنها باعث تغییر پاسخ سازه به حرکات زمین می گردد، بلکه همچنین باعث تغییر توزیع نیروهای اینرسی در ارتفاع سازه خواهد شد. برای تحقق این فرضیات باید از آنالیز پوش آور تطبیقی استفاده گردد و همچنین در هرگام با توجه به کاهش سختی المانهای سازه باید الگوی بارگذاری اصطلاحاً به هنگام گردد. همانطور که در قسمت نواقص و معایب آنالیز پوش آور متداول بیان گردید، تغییرات فوق در خلال آنالیز منظور نمی گردد و الگوی بارگذاری با یک توزیع ثابت به سازه وارد می شود و این یک منبع خطای مهم در ارزیابی لرزه ای سازه محسوب می گردد. اساس روش پوش آور تطبیقی به دو گونه انجام می شود؛ پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو و مبتنی بر جابجایی.
1-6- نتیجه گیری
در این فصل با توجه به نتایج مشاهده شده توسط روش های تحلیل پوش آور به هنگام شونده و مقایسه روش پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو با نتایج آنالیز دینامیکی غیر خطی و پوش آورهای متداول، طبق نتایج بدست آمده از این روش در سازه های کوتاه به علت تاثیر کمتر اثر مود های بالاتر می توان گفت نتایج این آنالیز معتبر است ولی مطابق با بررسی های که توسط پاپینکولار و النشای در سال 2006 انجام داده اند و ثابت نمودند به دلیل اینکه در روش FAP به علت استفاده از قوانین ترکیب مودال درجه دوم مثل SRSS تغیر علامت نیرو های مودال در طبقات مختلف مود های بالا تر از بین رفته و علامت مولفه های بردار الگوی بار اعمالی در تمام طبقات یکسان است، می توان گفت نتایج تحلیلیFAP در سازه های بلند که اثر مود های بالاتر تاثیر گذاری بیشتری دارند، نه تنها بهبودی در نتایج حاصل نکرده است، بلکه نتایج به سمت مسیر گمراه کننده پیش می رود. در مقابل، نتایج بدست آمده از آنالیز پوش آور تطبیقی بر اساس جابجایی در سازه های بلند دارای نتایج قابل قبول تری نسبت به آنالیز مبتنی بر نیرو و پوش آورهای دیگر می باشد.
فصل دوم
« بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
آیین نامه های طراحی لرزه ای، نیرو های لرزه ای برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست میآورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ارتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک ، میرائی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نماید. در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل محققین روش های تئوریکی جهت محاسبه ضریب رفنار ارائه نموده اند که در این فصل به طور کامل تشریح گردیده است.
2-1- مقدمه
به طور کلی می توان گفت طراحی سازه ها بر اساس آنالیز های لرزه ای بر این مبناء است که رفتار ساختمان در مقابل نیرو های ناشی از زلزله های کوچک، بدون خسارت در محدوده ارتجاعی باقی بماند و در هنگام وقوع زلزله های شدید که رفتار سازه وارد ناحیه غیر خطی می شود ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارتهای سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند، به همین منظور طراحی لرزه ای سازه در هنگام ورود به ناحیه غیر خطی مستلزم آنالیز های غیر خطی می باشد.
می توان گفت یک تحلیل دینامیکی غیر خطی بیانگر رفتار صحیح و واقعی سازه به هنگام وقوع زلزله می باشد امّا با توجه به پیچیده بودن و پر هزینه بودن آنالیز های غیر خطی و زمان بر بودن این نوع تحلیل ها، روشهای تحلیلی بر مبناء آنالیز در محدوده رفتار خطی سازه با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می گیرد.
از طرفی تحلیل و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار غیر خطی در هنگام وقوع زلزله باعث ایجاد شدن طرحی غیر اقتصادی که شامل مقاطع سنگین برای طرح خواهد بود می شود.
از اینرو آیین نامه های لرزه ای، نیرو های برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست می آورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ازتجاعی و اتلاف انرژی بز اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نمایند.
با توجه به اینکه ضرائب رفتار تعین شده توسط آیین نامه های لرزه ای بر پایه مشاهدات عملکردی سیستم های سازه ای مختلف در زلزله های اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسی استوار است در جهت رفع نگرانی پژوهشگران بابت فقدان ضرائب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در سالهای اخیر آیین نامه ها لرزه ای بر این اساس مدون گردیده اند که رفتار های هیستر تیک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت سازه در هنگام استهلاک انرژی را جهت محاسبه ضریب رفتار در نظر بگیرند.
در این فصل به طور کلی تمام اجزاء ضریب رفتار شرح داده می شود.
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار
در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد. به همین دلیل مقادیر عددی ضرائب رفتار به کار برده در آیین نامه ها مختلف متفاوت می باشد به طوری که می توان گفت محدوده عددی ضریب رفتار برای سازه های بتن مسلح با سیستم قاب خمشی در آیین نامه های اروپایی مانند EC8 بین عدد های 5/1 تا 5 است در صورتیکه برای همین نوع سیستم سازه ای در آیین نامه های آمریکایی مقادیر ضریب رفتار تا عدد 8 هم بیان گردیده است، از اینرو می توان گفت سازه هایی که مطابق آیین نامه های EC8 طراحی شده اند دارای طراحی های سنگین تری نسبت به طراحی های که مطابق آیین نامه های آمریکایی انجام گرفته است می باشند. اگر به طور خاص آیین نامه طراحی لرزه ای ایران را مورد مطالعه قرار دهیم، می توان گفت به دلیل آنکه ضرائب رفتار تعین شده بر مبناء قضاوت مهندسی است دارای کاستی هایی به شرح زیر می باشد:
1- برای سیستم های سازه ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرائب رفتار یکسانی استفاده میشود.
2- در R تاثیر شکل پذیری و مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
3- اثر لرزه خیزی منطقه در Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرائط خاک در R لحاظ نشده است.
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار
همانطور که از پیش ذکر شد روشهای سنتی چگونگی محاسبه ضریب رفتار برای سیستم های سازه ای بر اساس قضاوت مهندسی انجام می شده است، در طی سالهای اخیر روشهای علمی قابل اعتماد و جدیدی توسط تحقیقات نیومارک ارائه گردیده است.
می توان گفت جدید ترین رابطه های ارائه شده برای ضریب رفتار رابطه ای است که سه عامل شکل پذیری، مقاومت افزون و در جه نامعینی را در بر دارد. دو عامل شکل شکل پذیری و مقاومت افزون برای کشور های مختلف می تواند متفاوت می باشد، زیرا به متغیر های کیفی و کمی متعددی مانند فرهنگ ساخت و ساز و روشهای اجرائی، ناحیه لرزه خیزی و آیین نامه بارگذاری و طراحی بستگی دارد.
از اوائل دهه 1980 در انجمن فن آوری کاربردی (ATC) در طی پژوهشهای فریمن و یوانگ تلاش محققین به سمت تجزیه ضریب رفتار به عوامل تشکیل دهنده آن سوق پیدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعینی ابتدا در آیین نامه های ATC-19 و ATC-40 و سپس در آیین نامه UBC-1997 مطرح گردید.
در سال 1995 محققین برای محاسبه ضریب رفتار رابطه (2-1) را پیش نهاد نمودند.
(2-1)
که در رابطه فوق ضریب کاهش نیرو ناشی از مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل پذیری و کاهش نیرو ناشی از نامعینی یا به عبارت دیگر ضریب درجه نامعینی سازه می باشد.
به طور کلی تقسیم بندی که در مورد روشهای محاسبه ضریب رفتار می توان گفت به صورت زیر می باشد:
1- روش های آمریکایی
2- روشهای اروپایی
در طی مطالعات پزوهشگران گذشته روشهای آمریکایی نسبت به روشها اروپایی از ابتکار عمل ساده تری برخوردار بوده اند، به همین جهت در این رساله برای به دست آوردن نتایج ضریب رفتار صرفا" از روش های آمریکایی استفاده گردیده است.
2-3-1- روشهای آمریکایی
از بین روشهای آمریکایی دو روش طیف ظرفیت فریمن و روش یوانگ معتبر تر می باشند از اینرو در ادامه به صورت جزئی به شرح کامل این دو روش می پردازیم.
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن
در سال 1990 فریمن یک روش تحلیلی جهت محاسبه ضریب رفتار تحت تاثیر پارامتر هایی مطابق با رابطه زیر ارائه نموده است.
(2-2)
به طور کلی هر کدام از پارامتر های رابطه فوق به عوامی زیر وابسته می باشد.
1- سیستم سازه ای
2- آرایش قابها
3- ترکیب بار ها
4- درجه نامعینی
5- میرایی سازه
6- ویژیگی های رفتار غیر خطی سازه
7- خصوصیات مصالح
8- نسبت ابعاد ساختمان
9- چگونگی مکانیزم خرابی و عوامل دیگر.
با توجه به گستردگی دامنه تاثیر گذاری عوامل مختلف بر پارمتر های اجزاء ضریب رفتار به ندرت می توان گفت که دو سازه ضریب رفتار یکسانی خواهند داشت.
در ادامه تحقیقات از بین عوامل تاثیر گذار بر ضریب رفتار یک سازه دو عامل ظرفیت سازه و نیرو های ناشی از زلزه را می توان از عوامل اصلی نام برد، که فریمن تمام عوامل فوق را به دو عامل اصلی ظرفیت افزایش یافته سازه و احتیاجات لرزه ای بسط داده است.
در این روش ظرفیت افزایش یافته به اصطلاح مقاومت افزون نام دارد و با نمایش داده می شود. ضریب مقاومت افزون را می توان از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی با رسم منحنی ظرفیت سازه (برش پایه- تغیر مکان نقطه بام) از نسبت ضریب برش تسلیم کلی سازه به ضریب برش پایه متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه به دست آورد. عوامل موثری که در محاسبه این ضریب نقش دارند به شرح زیر می باشند.
1- ضرائب بار و ضرائب کاهش مقاومت مصالح
2- طراحی دست بالای اعضاء
3- سختی کرنشی
4- نامعینی سازه
5- شکل پذیری سازه
احتیاجات لرزه ای یا به عبارت دیگر ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری که با نمایش داده می شود، می توان گفت از رفتار غیر خطی سازه که منجر به میرایی و استهلاک انرژی می شود، به وجود آمده است. فریمن جهت محاسبه ضریب کاهش نیرو روش زیر را ارائه گردیده است:
در هنگام وقوع زلزله هر چه رفتار سازه از حد ارتجاعی فراتر رود سختی آن کاهش یافته و میرایی افزایش می یابد، در واقع در هنگام زلزله با ایجاد مفاصل پلاستیک در اعضاء سازه، سازه شکل پذیر تر می شود و به تبع افزایش شکل پذیری زمان پریود ارتعاشی سازه و همچنین میرایی سازه افزایش پیدا خواهد کرد و در نتیجه ی تمام این فرایند ها، کاهش نیرو های وارد بر سازه را خواهیم داشت.
در صورتیکه زمان پریود اولیه سازه که می تواند زمان پریود محاسباتی یا زمان پریود به دست آمده از آیین نامه باشد را بنامیم و زمان پریود ناشی از تغیر سختی که سازه وارد مرحله غیر خطی شده است را بنامیم، مقدار از نسبت مقدار نیروی مورد نیاز برای سازه با طیف ظرفیت 5% میرایی با زمان پریود ارتعاش اولیه به مقدار نیروی مورد نیاز در میرایی غیر خطی 20% سازه به دست خواهد آمد.
طبق مطالب فوق توسط روش فریمن ضریب رفتار از رابطه (2-3) محاسبه خواهد شد.
(2-3)
که در رابطه فوق ضریب مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو می باشد.
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ
در سال 1991 توسط محقق آمریکایی یوانگ با استفاده از نمودار منحنی ظرفیت سازه برای محاسبه ضریب رفتار رابطه ای به صورت زیر معرفی نمود.
(2-4)
که در رابطه (2-4) کاهش نیرو در اثر شکل پذیری سازه که تسبت به و ضریب مقاومت افزون می باشد، در ادمه پارامتر های معرفی شده را به طور کامل تشریح می نماییم.
می توان با در نظر گرفتن رفتار کلی یک سازه متعارف طبق شکل(2-1) مقدار مقاومت ارتجاعی مورد نیاز، در صورتیکه سازه کلا" در محدوده ارتجاعی باقی بماند پارامتر تعریف کنیم.

شکل (2-1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف
به طور کلی می توان گفت طراحی صحیح سازه منجر به شکل پذیر تر شدن سازه خواهد شد، در این وضعیت سازه می تواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر معرفی می شود، برسد. در نتیجه می توان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آنالیز های لرزه ای استفاده شود طرحی بهینه تر حادث می شود.
در شکل(2-1) حداکثر تغیر شکل نسبی ایجاد شده در طبقه می باشد که می توان گفت محاسبه مقدار با مقاومت حد خمیری سازه یا مقاومت نهایی به هنگام ایجاد مکانیزم گسیختگی متناظر بوده و احتیاج به تحلیل غیر خطی دارد به همین علت برای مقدار به صورت مستقیم رابطه ای مشخص نگردیده است از اینرو جهت مقاصد طراحی در برخی از آیین نامه ها مقدار را به مقدار کاهش می دهند.
نمایشگر تشکیل اولین مفصل پلاستیک در کل سازه می باشد و مقدار آن ترازی است که در آن پاسخ کلی سازه به گونه قابل توجهی از محدوده ارتجاعی سازه خارج شده است.
اختلاف مقدار نیرو های و را اصطلاحا مقاومت افزون () تعریف می نمایند، طبق رابطه (2-5).
(2-5)
لازم به ذکر است به علّت اینکه در بعضی از آیین نامه های طراحی بتنی یا فولادی از روشهای بار مجاز استفاده می نمایند، از اینرو آیین نامه های طراحی لرزه ای مانند آیین نامه های 2800 ایران، UBC-1994 و SEAOC-1988 مقدار را به کاهش می دهد. نسبت ضریب رفتار به دست آمده در آیین نامه های UBC-1994 و SEAOC-1988 (که با نمایش داده می شود) و 2800 ایران (که با R نمایش داده می شود) به ضریب رفتار به دست آمده در مقررات UBC-1997 یا NEHRP-2000 حدودا" عددی بین 4/1 تا 5/1 می باشد.
مزیت استفاده روش فوق این است که طراح، تنها یک تحلیل ارتجاعی انجام میدهد و سپس با استفاده از آیین نامه های جاری، ابعاد المانهای سازه ای را تعین مینماید.
طی تحقیقات به عمل آمده به علّت استفاده ازبه جای دو مشکل ایجاد می شود که عبارتند از:
1- محاسب قادر نخواهد بود مقاومت سازه را تعیین کند، لذا در صورتی که مقدار مقاومتی که به صورت ضمنی در آیین نامه های زلزله برای مقدار ضریب کاهش فرض شده است (مقاومت افزون) تامین نشود، رفتار سازه در زلزله های شدید رضایت بخش نخواهد بود.
2- مقادیر تغیر مکانهای غیر ارتجاعی را نمی توان باتحلیل ارتجاعی خطی محاسبه نمود که آیین نامه ها معمولا" از ضرائب تشدید تغیر مکانهای ارتجاعی () استفاده می نمایند.
محاسبه رابطه (2-4) در بعضی از آیین نامه ها مثل UBC-1997 ، IBC-2000 ، NEHRP-2000 مطابق با تنش های در حالت حد نهایی است ولی مطابق بعضی از آئین نامه هایی چون 2800 ایران، UBC-1988 یا UBC-1994 و.... باید ضریبی به نام Y برای طراحی بر اساس تنش های مجاز در رابطه (2-4) ضرب شود.
ضریب Y بر اساس برخورد آیین نامه های مصالح با تنش های طراحی (بار مجاز یا بار نهایی) تعین می شود و مقدار آن نسبت نیرو در هنگام تشکیل اولین مفصل پلاستیک () به نیروی پایه سازه دز هنگام ایجاد تنش های مجاز () می باشد.
(2-6)
طبق نتایج به دست آمده ضریب Y در محدوده 1.4تا 1.5 می باشد و برای مثال نتایج آیین نامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (2-7) برابر با1.44 می باشد.
(2-7)
در رابطه (2-7): Z مدول خمیری و S مدول ارتجاعی می باشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نیرو های زلزله است. می توان گفت مقدار 4/1 برای در نظر گرفتن ضریب بار مرده در آیین نامه بتن ACI-318 مشابه ضریب Y در رابطه (2-7) می باشد.
طبق پارامتر های تعریف شده فوق رابطه (2-8) برای محاسبه ضریب رفتار توسط روش یوانگ معرفی گردیده است.
(2-8)
2-3-2- روشهای اروپایی
در سالهای اخیر، پژوهشگران اروپایی نیز همگام با محققان آمریکایی به تحقیق در مورد برآورد ضرایب رفتار سازهها پرداخته اند. عمدتاً روشهایی که توسط اروپاییها مورد استفاده قرار گرفته به دو گروه تقسیم می شود: روشهای متکی بر تئوری شکل پذیری و روشهای انرژی. در ادامه این روشها به اختصار معرفی می شوند.
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری
این روش که بر مبنای تئوری شکل پذیری استوار است اولین بار توسط کاسنزا و همکاران در سال 1986 معرفی شده است. در این روش، ضریب رفتار () با توجه به شکل (2-2)، از رابطه (2-9) بدست می آید:
(2-9)
در رابطه (2-9): : ضریب ارتجاعی بحرانی برای بارهای قائم و : پارامتر وابسته به زمان تناوب ارتعاش سازه است و از رابطه (2-10) بدست می آید:
(2-10)
با توجه به دو رابطه اخیر میتوان را از رابطه (2-11) بدست آورد:
(2-11)
جهت تکمیل روش فوق، در سال 1996، مازولانی با استفاده از نتایج حاصل از پاسخ سیستمهای یک درجه آزاد، رابطه (2-12) را برای پیشنهاد کرده است.
(2-12)
از این رو برای زمانهای تناوب بزرگتر از ثانیه، دارای مقدار ثابت و برای یک تابع خطی از زمان تناوب است.

شکل (2-2): مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد [25]
2-3-2-2- روش انرژی
روش انرژی بر این فرض استوار است که حداکثر انرژی جنبشی ناشی از یک زلزله شدید با حداکثر انرژی که یک سازه قادر است جذب نماید، برابر است. معادله تعادل انرژی در یک سازه بصورت رابطه (2-13) است.
(2-13)
در رابطه (2-13): : حداکثر انرژی جنبشی قابل جذب و استهلاک در سازه، : انرژی ذخیره شده در سازه در مرحله تغییر شکل ارتجاعی، : انرژی ذخیره شده طی تغییر شکلهای غیرارتجاعی در سازه و کار انجام شده توسط نیروهای قائم در کل روند تغییر شکل سازه می باشد.
اگر طیف پاسخ شتاب زمین، در زلزله طراحی و انرژی جنبشی ناشی از آن نامیده شود، معمولاً می توان با اعمال یک ضریب آن را به شدیدترین زلزله طراحی، مرتبط کرد. با توجه به این موضوع، انرژی جنبشی ناشی از این زلزله مخرب که با استفاده از حداکثر شبه سرعت برآورده شده از طیف مشخص می گردد، توسط رابطه (2-14) به مرتبط می شود:
(2-14)
در نتیجه بنابر اصل تعادل انرژی ها، لازم است رابطه (2-15) برقرار باشد:
(2-15)
روشهای تحلیلی مفصل و پیچیده ای برای حل معادله فوق و استخراج ضرایب رفتار از آن وجود دارد که معروفترین آنها توسط کومو و لانی ارائه شده است. در اینجا به دلیل پیچیده و وقت گیر بودن این روشها از ذکر جزئیات آنها پرهیز می شود.
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار
2-4-1- شکل پذیری
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا" به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (2-16) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با نمایش داده میشود محاسبه میشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (2-16) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب QUOTEμs به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل 2-1).
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری (QUOTERμ ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(2-17)
که در این رابطهQUOTEFy مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا QUOTEμi) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از QUOTEμi، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم () برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری، QUOTE μ=μiنامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی QUOTE μ=μi و غیر ارتجاعی QUOTEμ=که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمانهای تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت
یافتن رابطه بین وQUOTERμو μs برای سیستم های یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند، عبارتند از: کراوینکلرو نصر، میراندو و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز، آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، فیشینگر و فایفر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، ال سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.
2-4-2- مقاومت افزون
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره ای از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره می شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها
4- ترکیب های مختلف بار
5- مقاومت اعضای غیر سازه ای(نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضای سازه ای (نظیر دالها) که در برآورده ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
6- افزایش مقاومت ناشی از محصور شدگی بتن
7- رعایت حداقل الزامات آیین نامه های طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسلیح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزه ای سازه ها
9- باز توزیع نیروهای داخلی در محدوده غیر ارتجاعی بر اثر نامعینی سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحلیل های دو بعدی
11- افزایش مقاومت اعضای بتنی بر اثر سرعت بارگذاری (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سیستم سازه ای
13- هندسه سازه و آرایش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آیین نامه طراحی
16- لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)
17- ملاحظات معماری
18- سطح فرهنگ و تکنولوژی ساخت
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادیر مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل یاد شده، بسیار پیچیده بوده و نمی تواند در طراحی سازه ای، قابل اعتماد باشد. از این رو لازم است پاره ای از عوامل کیفی ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمی نیز دسته بندی شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم سایر عوامل نیز در ظرفیت سازه لحاظ شود.
برای تعیین مقدار ضریب مقاومت افزون می توان علاوه بر روشهای آزمایشگاهی، از روشهای تحلیلی نیز استفاده نمود. بدین منظور می توان از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی(مانند روش تحلیل پوش آور، یا روش طیف ظرفیت)، استفاده کرد.
برای تعیین مقاومت افزون یک سازه، به این صورت عمل می شود که نیروهای ثقلی بر سازه اعمال شده و مقدار نیروی جانبی سازه با یک الگوی خاص (مثلاً الگوی مثلثی آیین نامه) به طور یکنواخت افزایش داده می شود و مقادیر برش پایه و تغییر مکان بام به طور مداوم ثبت می گردد. این عمل تا آنجا که اولین عضو سازه، جاری شده و در آن لولای خمیری به وجود آید، ادامه می یابد. افزایش نیرو بعد از این مرحله باعث باز توزیع نیروها در بقیه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نیروی جانبی بیشتر می شود. نیروی جانبی مجدداً افزایش داده می شود تا در بقیه اعضا نیز لولای خمیری تشکیل شود و در صورتی تحلیل متوقف می گردد که سازه ناپایدار (مکانیزم) شود یا شکل پذیری محلی یکی از اعضا از حد مجاز تجاوز نماید(عضو گسیخته شود)، یا معیارهای تعریف شده دیگری حاکم گردد. در این حالت، از تقسیم حداکثر نیروی جانبی تحمل شده توسط سازه به نیروی حد جاری شدن اولین عضو در سازه (تشکیل اولین لولای خمیری)، ضریب مقاومت افزون به دست می آید (شکل 2-1 ).
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000، در یکی از ترکیبهای بار ویژه خود از ضریب مقاومت افزون استفاده میکند. در این مورد قید شده است که هرگاه در این مقررات تصریح شود که نیروهای طراحی لرزهای در اجزای سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، باید ترکیب بار به شرح رابطه های (2-18) و (2-19) به ترتیب برای حالتهایی که این آثار افزاینده یا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گیرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه های (2-18) و (2-19):
: اثر نیروهای افقی و قائم زلزله،: شتاب طیفی طراحی در زمانهای تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه میشود،: اثر بارهای مرده،: اثر نیروهای افقی زلزله و: ضریب مقاومت افزون سیستم است. همچنین جمله در رابطههای فوق، لازم نیست که از حداکثر نیروی به وجود آمده در عضو تحت تحلیل خمیری یا پاسخ غیر خطی، بیشتر باشد. ضمناً استفاده از این ترکیبات بار ویژه برای طراحی اجزای سازهای در گروه لرزهای A، لازم نمیباشد.
آیین نامه UBC-1997، در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را وارد کرده است. این ترکیب بار که در هر یک از جهت های افقی بارگذاری لرزهای باید اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نیروی زلزله برآورد شده که در سازه به وجود خواهد آمد، ضریب افزایش نیروی زلزله ناشی از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پایه V است.
پآیین نامه IBC-2000 نیز در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعریف و مانند تعریف فوق برای آیین نامه UBC بوده، : اثر نیروهای افقی زلزله، : شتاب طیفی طراحی و: اثر بارهای مرده است.
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون
فریمن،ضرایب تقریبی مقاومت افزون را برای قابهای خمشی بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتیب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
یوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختمانی را که زلزله سال 1989 لوما پریتا تجربه کرده بودند، مورد تحلیل قرار دادند: یک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادی و یک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهای خمشی پیرامونی. ضرایب مقاومت افزون برای این دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحی بر اساس مقاومت، به ترتیب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شینوزوکا در سال 1994، یک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشی میانی را که در ناحیه لرزه خیزی 2 آیین نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پایه طراحی برای این ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبی ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدودیت برای آسیب سیستم، ضریب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحی «بدون آسیب» انتخاب شده بود، ضریب مقاومت افزون تقریباً 6/1 می شد).
برترو و تیلمو در سال 1999 اثر نامعینی و باز توزیع نیرو های داخلی را در طراحی مقاوم لرزه ای مورد مطالعه قرار دادند، نتیجه این مطالعات آن شد که باز توزیع نیرو های داخلی می تواند اثرات مفیدی بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذیری می باشد.
با مقایسه مقادیر به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف برای سازه های متفاوت چنین به نظر می رسد که پراکندگی در مقادیر گزارش شده برای ضریب مقاومت افزون قابل توجه و برای استفاده در طراحی حرفه ای زیاد است. بدیهی است که برای توسعه ضرایب مقاومت افزون با قابلیت اعتماد کافی که بتواند در آیین نامه های طراحی لرزه ای به کار رود، به مطالعات ویژه در مورد هر یک از سیستم های سازه ای با شرایط مختلف، نیاز است.
2-4-3- درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روشهای مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین گسیختگی را که ممکن بود در هر یک از اعضای سازه های سکوی دریایی رخ دهد، مشخص می‎کرد.
هنداوی و فرانگوپل در سال 1994، یک ضریب نامعینی احتمالاتی را پیشنهاد کردند. ضریب پیشنهادی این پژوهشگران به صورت نسبت احتمال تسلیم اولین عضو منهای احتمال انهدام، به احتمال انهدام سیستم تعریف می‎شد.
برترو پدر و پسر در سال 1999 برای اندازه اندگیزی نامعینی سازه‎های قابی تحت اثر حرکتهای زمین ناشی از زلزله، از مهفوم «درجه نامعینی» استفاده کردند. درجه نامعینی که این پژوهشگران مورد استفاده قرار دادند به عنوان تعداد نواحی بحرانی یا لولاهای خمیری در سیستم سازه‎ای تعریف می ‎شود که مقدار قابل توجهی از انرژی هیسترتیک خمیری را قبل از انهدام سازه مستهلک می‎نمایند. در پژوهش های شده، اثرهای مقاومت افزون، ضرائب تغییرات نیاز و ظرفیت و دیگر عوامل، بررسی شده و چنین نتیجه گیری شده است، که جدا کردن نامعینی از عوامل دیگر دشوار است.
در ATC-19 و ATC-34 به منظورکمّی کردن قابلیت اعتماد سیستم های قاب لرزه ای، ضرایبی به عنوان ضرایب نامعینی پیشنهاد شده است.
آیین نامه ساختمانی متحدالشکل (UBC)و مقررات NEHRP، از سال 1997 یک ضریب QUOTEρ با عنوان ضریب قابلیت اعتماد / نامعینی معرفی کرده اند که در نیروی جانبی زلزله برای طراحی ضرب می شود. در آیین نامه ساختمانی بین المللی (IBC) سال 2000 نیز چنین ضریبی آورده شده است. در پی این بررسی ها گفته شده است که برای رسیدن به ضریب نامعینی کمی و قابل قبول که بتواند در ارزیابی سازه ها و نیز طراحی مورد استفاده قرار گیرد، به تحقیقات و تجربیات گسترده ای نیاز است.
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای
نتایج نخستین پژوهشی که در رابطه با استفاده از مفهوم قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای و ارتباط آن با درجه نا معینی این سیستم ها انجام شد، طی پروژه - ریسرچای در سال 1974، توسط موسز(موسی) منتشر گردید. گر چه مبنای این تحقیقات و یافته های آن بر اساس بارگذاری لرزه ای بررسی کرده اند از نتایج کارهای موسز استفاده شده و دستاوردهای این محقق برای بارگذاری لرزه ای نیز تعمیم یافته است.
برای یک طراحی ایمن، موضوع قابلیت اعتماد، غالباً متوجه عضوهایی نظیر تیرها و ستونها می باشد.ضرایب اطمینان طراحی که به این ترتیب به دست می آیند، این تضمین را می دهند که احتمال خرابی عضو در برش، خمش، و نیروی محوری کوچک باشد. این در حالی است که این اجزا عموماً بخشی از یک سیستم سازه ای را تشکیل می دهند و اندر کنش بین عضو و سیستم سازه ای از قابلیت اغتماد یک عضو سازه ای بیشتر است یا کمتر؟ پاسخ به این سؤال به عواملی مانند، درجات نامعینی استاتیکی، شکل پذیری، خصوصیات مودهای خرابی و پیکربندی سیستم سازه ای وابسته است.
تا کنون از دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای، که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی سازه ای می توانند مفید باشند، استفاده شده است. در ادامه دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی مفید باشند، مطرح خواهد شد. یک سیستم سازه ای ممکن است دارای اعضای موازی، سِری یا ترکیبی از این دو باشد. در سیستم های سری با خرابی هر عضو،کل سیستم دچار خرابی می گردد و بدین لحاظ به آن، سیستم ضعیف ترین اتصال گفته می شود. سازه های معین استاتیکی مثالهایی از این نوع سیستم ها هستند.
در سیستمهای موازی پس از خرابی عضوی خاص، توزیع مجدد نیرو در اعضای انجام می پذیرد و این عمل آنقدر ادامه می یابد تا سیستم دچار انهدام شود. بدین لحاظ به سیستم موازی، سیستم ایمن- زوال نیز گفته می شود. این سیستم در تحلیل انهدام سازه های نامعین استاتیکی که خرابی در آنها هنگامی رخ می دهدکه چندین عضو به ظرفیت مقاومت خود برسند، مورد استفاده قرار می گیرد.
اینکه چندین عضو به ظرفیت مقاومتی خود برسند، حاکی از آن است که سیستم به نوعی دارای مقاومت همبسته است، این موضوع را نشان می دهند که متغیرهای تصادفی مقاومت، به گونه ای به یکدیگر مرتبط اند که اگر مقاومت یک عضو، مثلاً بیشتر از مقدار میانگین خود، بیشتر باشند. این همبستگی ممکن است بر اثر وجود منابع مشترک مصالح، تشابه روش ساخت، روشهای کنترل و بازرسی، و شاید تعبیر یکنواختی مقاومتها توسط طراح پدید آید. فرض استقلال مقاومتها به مفهوم عدم همبستگی بین آنهاست.
در سیستم های موازی، استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه کاهش عدم قطعیت مقاومت کلی افزایش می‎دهد. خلاف این موضوع برای سیستم های سری صادق است. در سیستم های سرس استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه افزایش احتمال آنکه با خرابی یک عضو خاص، کل سیستم خراب شود، کاهش می دهد.
مدلهای موازی و سری، تنها الگوهای ایده آل هستند و اکثر سازه ها ترکیبی از این مدلها می باشند. برای مثال، در یک ساختمان چند طبقه، هرستون واقع در یک طبقه ساختمان چند طبقه، هر ستون واقع در یک طبقه در برابر بار جانبی، مانند قسمتی از یک سیستم موازی عمل می‎کند، در حالی که هر طبقه ساختمان قسمتی از یک سیستم سری را تشکیل می‎دهد.
هنگامی که عدم قطعیت در بارگذاری مطرح باشد، مقایسه مدلها تا حدی مخدوش می شود. یعنی چنانچه عدم قطعیت در بار خارجی (مثلاً بیان شده بر حسب ضریب تغیرات بار، VR خیلی بیشتر از عدم قطعیت در مقاومت (VR) باشد)، احتمال خرابی توسط VL کنترل می‎شود و رفتار سیستم خواه سری باشد یا موازی و خواه همبسته باشد یا مستقل، تأثیر کمی بر روی احتمال خرابی خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر گرد بادی که احتمال وقوع آن خیلی کم است بر ساختمانی که برای بارهای معمولی باد طرح شده است اثر کند، سازه صرف نظر از نوع پیکر بندیش خراب خواهد شد. در حالت متداول تر بارگذاری که در آن، طراح به طور ویژه استراتژی حفاظتی در برابر بارهای نهایی از قبیل طوفان یا زلزله را مد نظر قرار داده باشد، پیکر بندی سازه و نوع سیستم در ارزیابی قابلیت اعتماد مؤثر خواهد بود. از دیگر نکاتی که روی اندر کنش عضو و سیستم سازه اثر می‎گذارد، رفتار عضو پس از رسیدن به ظرفیت اسمی اوست. یک عضو شکل پذیر، تراز نیروی خود را در صورت ادامه تغیر مکان، کاهش می‎یابد. از این رو، در اکثر سازه هایی که اعضای ترد دارند، رفتار سازه صرف نظر از هندسه پیکربندی، همانند سیستم های سری می‎باشد. به عبارت دیگر، خرابی هر عضو باعث خرابی سیستم خواهد شد. تنها سازه های با درجه نامعینی استاتیکی بالا که دارای ضریب اطمینان اسمی بزرگی نیز باشند، به اندازه کافی طرفیت مقاومتی ذخیره خواهند داشت تا پس از خرابی عضوی ترد بتوانند توزیع مجدد نیرو کرده و به انتقال بار ادامه دهند.
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف
همانگونه که در جدول (2-2) اشاره شد، موسز ضریب کاهش مقاومت میانگین را متناسب با عکس جذر تعداد شرطهای مقاومتی مستقل (لوله های خمیری در یک سیستم با امکان حرکت جانبی) برای قابهای نامعین مقاوم، پیشنهاد کرده بود. در 19-ATC، فرض شده است که برای تأمین نامعینی کافی در هر یک از جهت های اصلی سازه یک ساختمان، حداقل چهار ردیف قابهای لرزه ای قائم که از نظر مقاومت و تغییر شکل سازگار باشند، لازم است. از این رو، با در نظر گرفتن هر یک از ردیفهای قاب لرزه ای قائم به عنوان یک شرط مقاومتی در حرکت جانبی، مقادیر جدول(2-2) به دست خواهد آمد. این آیین نامه، ضریب نامعینی را به عنوان بخشی از فرمولاسیون ضریب رفتار پیشنهادی خود قلمداد کرده و آن را در ردیف ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری و ضریب مقاومت افزوم قرار داده است.
جدول (2-1): مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسزتعداد ردیفهای قاب لرزه بر ضریب نامعینی ATC-19 ضریب محاسباتی از پیشنهاد موسز
2 71/0 707/0
3 86/0 866/0
4 00/1 00/1
در مورد نامعینی سازه ها ذکر این نکته ضروری است که اگر طراحی سازه ای برای نیروهای وارد بر آن به صورت کاملاً بهینه صورت گرفته باشد، ممکن است لولاهای خمیری به صورت متوالی تشکیل نشده و تعداد زیادی از لولاها همزمان تشکیل گردند، در چنین حالتی درجات نامعینی شازه به یکباره کاهش قابل ملاحظه ای یافته و از اعتماد به پایداری آن کاسته می‎شود. در تفسیر مقرراتNEHRP سال 2000 نیز قید شده است که عدم تشکیل لولاهای خمیری به صورت متوالی و مناسب در سازه هایی که بهینه سازی می‎شوند، موجب می‎گردد که مقادیر، پارامترهای طراحی برای تأمین عملکرد مناسب در این سازه ها کافی نباشد. گرچه روشهای برخورد با نامعینی سازه ها متفاوت است، ولی نکته قابل توجه درتمام روشها گستردگی دامنه تغییرات ضریب درجه نامعینی سازه ها است. بدین معنی که، در یک نوع سیستم سازه ای بدون تغییر در مصالح و اجرای آن، تنها عامل نامعینی می تواند اعتماد به پایداری سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله، و به تبع آن ضریب رفتار سازه را به شدت تحت تأثیر قرار دهد.
این مسئله هشداری است برای سازه هایی که با وجود نامعینی کم، با استفاده ا زضرایب رفتار توصیه شده در آیین نامه، طراحی و اجرا می‎شوند.
در سه آیین نامه NEHRP، UBC،IBC، اثر نامعینی به طور غیر مستقیم وارد شده است، زیرا در صورتی که تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله(اعضایی که برش طبقه بین آنها توزیع می‎شود) زیاد بوده و اختلاف ظرفیت باربری آنها کم باشد، ضمن اینکه برش طبقه بین تعداد بیشتری از اعضا تقسیم می‎شود، نسبت برش عضو به طبقه نیز کاهش می‎یابد. در این صورت، مقدار ضریب قابلیت اعتماد/ نامعینی کاهش خواهد یافت، در حالی که اگر تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله، کم بوده یا ظرفیت باربری آنها اختلاف زیادی با هم داشته باشد، سهم تعدادی از اعضا(که مقاومت بیشتری دارند) از برش طبقه زیاد شده و متناسب با آن مقدار ضریب قابلیت اعتماد یا نامعینی افزایش خواهد یافت. از این رو، طرح به گونه ای غیر مستقیم وادار می‎شود تا از تعداد اعضای مقاوم بیشتر و یکنواخت تری در سازه و بویژه در دو سوم پایانی ارتفاع سازه استفاده کند. در آیین نامه ها، ضریب نامعینی، در ترکیبات بارگذاری لرزه ای دخالت داده شده است. مبنای این ضریب، تقسیم برش طبقه به صورت نسبتاً یکنواخت بین تعداد زیادی از اعضای بابر است. این تعداد به مساحت طبقه بستگی دارد و با افزایش مساحت، طراح ملزم می‎شود از اعضای باربر بیشتری برای مقابله با بارهای جانبی زلزله استفاده کند، یا درغیر این صورت، جریمه آن را که تحمل ضرایب بزرگتری در ترکیبات بار است، بپذیرد. در روش موسز، تنها یک ضریب برای کاهش مقاومت متناسب با جذر تعداد شرطهای مقاومتی یا لولاهای خمیری دریک سیستم نامعین پیشنهاد شده است.
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها
مطابق مطالعات برترو، در نظر گرفتن نامعینی آثار سودمندی در پاسخ سازه ها به حرکتهای زلزله دارد. به هر حال، هر یک از اثرها می تواند و باید در جای مناسب خود در فرآیند طراحی لحاظ شود و نبایستی با ضریب کاهنده Rs ناشی از مقاومت افزون یا اثر احتمالاتی نامعینی بر قابیت اعتماد سیستم، غلط شود. برخی از اثرهای نامعینی بر پاسخ لرزه ای به صورت زیر است.

aar1

1) Adoption: در طی این مرحله، مدیران به بررسی میزان نیاز و آمادگی سازمان در استفاده از یک سیستم ERP می پردازند و رویکرد کلی سیستم های اطلاعاتی سازمان را بگونه ای انتخاب می کنند که بتوانند بخوبی چالش های کسب و کار را مشخص کرده و استراتژی های سازمان را بهبود دهند . این مرحله شامل تعریف اهداف، دستاوردها و نیازمندی ها است .
2) Acquisition : این مرحله شامل انتخاب بهترین سیستمی است که با نیازمندیهای سازمان منطبق بوده و کمترین نیاز به بومی سازی را داشته باشد . همچنین معمولاً یک شرکت مشاور نیز برای همراهی با سازمان در انجام مراحل بعدی پیاده سازی ERP انتخاب می شود .
در این مرحله فاکتورهایی از قبیل قیمت، خدمات آموزشی و نگهداری، توافقات قراردادی و بازگشت سرمایه مورد بررسی قرار می گیرند .
3) Implementation : این مرحله شامل Customize یا منطبق کردن سیستم ERP به خدمات گرفته شده با نیازمندی های سازمان است . معمولا این کار به کمک مشاورانی که با متدولوژی های پیاده سازی و مهارت های آن آشنا هستند انجام می گیرد .
4) Use & Maintenance : این مرحله شامل استفاده از محصول بصورتی است که فواید مورد انتظار را حاصل نماید . در طول این فاز باید جنبه هایی مانند کارایی، تناسب و کفایت مورد توجه قرار گیرد . همچنین هنگامیکه سیستم پیاده سازی شد باید نگهداری شود و مشکلات آن برطرف گردیده و نیازمندی های جدید و بهبودی های کلی نیز در آن اعمال گردد .
5) Evolution : در طی این مرحله سعی می شود یکپارچگی سیستم ERP با سایر قابلیت ها مانند برنامه ریزی های پیشرفته، زمانبندی، مدیریت زنجیره تامین، مدیریت ارتباط با مشتری و گردش کار توسعه و تکامل یابد .
6) Retirement:این مرحله زمانی است که با ظهور تکنولوژی های جدیدتر و یا ناکارآمدی سیستم ERP و یا تغییر در دیدگاههای کسب و کار سازمان، مدیران تصمیم به جایگزین کردن سیستم ERP موجود با ERP ای دیگر و یا سایر سیستم های اطلاعاتی که بیشتر با نیازمندی های سازمان منطبق باشند می گیرند .
ابعاد نیز عبارتند از :
1)Product : این بعد بر روی جنبه های مختلف یک سیستم ERP خاص از قبیل کارایی، تکنولوژی، سخت افزار و نرم افزار تمرکز دارد .
2)Process : هر سازمانی فعالیت های اساسی ای دارد که باید توسط سیستم پشتیبانی شود . بعلاوه سیستم ERP باید به تصمیم گیرندگان سازمانی در مدیریت منابع و عملکردهای سازمان کمک کند . معمولا سرمایه گذاری عمده بر روی ERP باعث ایجاد مهندسی مجدد فرآیند ها در سازمان می شود تا سازمان با نیازمندی های عملکردی سیستم جدید ERP منطبق شود و کارایی آن افزایش یابد .
3) People : این بعد به منابع انسانی سازمان و نقش و مهارت آنان در چرخه حیات ERP اشاره دارد . این نقش ها و مهارت ها باید به خوبی توسعه داده شوند تا پیچیدگی و ریسک سازمان در تعامل با سیستم ERP جدید به حداقل برسد.
4) Change Management : این بعد به دانش بکار گرفته شده در تعامل با پیچیدگی های حاصل از بکارگیری سیستم ERP در سازمان اشاره دارد که باعث می شود تغییرات لازم در زمانی مناسب و با هزینه ای منطقی به نتیجه صحیح برسد . رویکرد مدیریت تغییر سعی در ایجاد این اطمینان دارد که مقبولیت و آمادگی برای سیستم جدید در سازمان، امکان برخورداری صحیح از مزایای سیستم را فراهم می سازد .
با توجه به این چهار چوب و توضیحاتی که برای آن مطرح شد، تحقیق حاضر در فاز Adoption و دیدگاه ( بعد ) مطرح شده در این چهار چوب قرار می گیرد.
همانطور که گفته شد عوامل موثر در ارزیابی آمادگی موفقیت پیاده سازی متعدد هستند. در این تحقیق، بطور مشخص این قسمت بصورت تخصصی و عمیق مورد بررسی قرار می گیرد و در حقیقت سوالاتی از قبیل اینکه چرا اصولا سازمان تصمیم به پیاده سازی ERP گرفته و آیا مباحث مالی و محدودیت های بودجه ای، آمادگی سازمان، فرهنگ سازمانی و مواردی این چنینی به درستی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است یا خیر در این تحقیق مد نظر است . به عبارت دیگر می خواهیم برای سازمانی که تصمیم به پیاده سازی و بکارگیری ERP در سازمان خود گرفته است و بسته های ERP خاصی را نیز کاندید انتخاب قرار داده است، به بررسی این موضوع بپردازیم که از ابعاد مختلف آماده بکارگیری است؟
تشریح و بیان مساله :
امروزه بویژه در کشور ما، ERP یکی از موضوعات روز و بسیار مطرح بوده و در کانون توجه قرار دارد. بسیاری از سازمان های دولتی و خصوصی به دنبال پیاده سازی و بکارگیری ERP در سازمان خود هستند تا آنجا که بسیاری از ارگانهای دولتی موظف به مجهز کردن خود به سیستم ERP می باشند و به تعبیر دیگر می توان گفت که در حال حاضر تب ERP در کشور بالا گرفته است .(جعفر زاده 1386)
لذا اگر چه هر تحقیق کاربردی در زمینه ERP در کشور ما می تواند مفید باشد اما از آنجاییکه بسیاری از سازمانها ( به هر دلیل ) تصمیم به بکارگیری ERP نموده اند به نظر می رسد که در حقیقت مراحلی مثل بررسی آمادگی سازمان ( Readiness ) یکی از مراحل مهم برای بکارگیری ERP است.
همچنین از طرف دیگر تعداد نسبتاً زیادی شرکت های تولید کننده راه حل های IT وجود دارند که مدعی ارائه و فروش سیستم ERP می باشند . لذا همیشه این سوال برای مدیران سازمان های خواهان بکارگیری بسته های ERP وجود دارد که کدامیک از این سیستم ها یا بسته های موجود در بازار برای سازمان آنان مناسب تر است ؟
نتایج تحقیقات آماری در دنیا حکایت از آن دارد که حدود 70درصد پروژه های استقرار ERP در دنیا با شکست روبرو بودهاند. با نگاهی منفی به این آمار در می یابیم که ریسک استقرار پروژه های ERP زیاد می باشد اما با نگاه متفاوت  می توان گفت که بیش از 30 درصد از پروژه های استقرار ERP در دنیا با موفقیت کامل روبرو بودهاند و این مطلب نشان می دهد که اگر دلایل شکست پروژه های ERP با دقت مطالعه گردد و از نتایج این مطالعات بهره برداری مناسب گردد می توان احتمال موفقیت اینگونه پروژهها را افزایش داد.
مهمترین  دلایل شکست  پروژههای ERP :
عدم آمادگی: سازمان برای بکارگیری سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده نباشد.
انتخاب محصول : عدم انتخاب محصول مناسب که نیازمندیهای سازمان را به خوبی مرتفع نماید و نزدیکترین محصول به نیازهای سازمان باشد.
 انتخاب پیمانکار : عدم انتخاب شرکت مناسب برای استقرار محصول
پرسنل : عدم تخصیص نیروهای مدیریتی و کارشناسی تمام وقت از سوی سازمان
 حدود قرارداد: عدم تعیین دقیق حوزه انجام کار در قرارداد
مدیریت تغییرات: عدم توجه به مدیریت تغییرات در سازمان مشتری
 مهارت : عدم آشنایی و مهارت تیم پیمانکار با فرآیندهای کارفرما(Jaideep Motwani.2005)
انتخاب ERP دارای اهمیت بسزایی است و عوامل زیر را سبب می شود:
کاهش ریسک در انتخاب نرم افزار نا مناسب
کاهش ریسک در عدم موفقیت پیاده سازی
فراهم سازی بستر مناسب برای تیم تصمیم گیرنده به منظور توجیه منطقی واصولی تصمیمات اتخاذ شده کاهش کلی هزینه های مالکیت و نگهداری(ناظمی اسلام 1386)
پیاده سازی ERP برای سازمانها، شرکت های خصوصی و دولتی برای بقاء، رقابت و حضور در بازارهای جهانی ضروری است.( تاظمی اسلام 1386) خرید، پیاده سازی و تغییراتی که هر ERP به همرا ه دارد هزینه هنگفتی را بر سازمانها، شرکت ها تحمیل می کند و یکی از مهمترین دلایل شکست پیاده سازی عدم آمادگی بکارگیری و عدم توجه کافی به آن و نبود یک الگوی مناسب، ساده و فراگیر است . پس برای کاهش ریسک ها و افزایش احتمال موفقیت پیاده سازی و همچنین بازگشت سرمایه ضرورت ارزیابی آمادگی بکارگیری سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی تبیین می شود.
با توجه به موارد مطرح شده ، در این تحقیق به بررسی این موضوع که "چه عواملی در موفقیت پیاده سازی ERP در ایران خودرو دیزل مهم بوده و آیا شرکت ایران خودرو دیزل از لحاظ بکارگیری سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است یا خیر؟" پرداخته خواهد شد.
ضرورت انجام تحقیق :
سیستمهای ERP به ابزاری لازم تقریبا برای هر موسسه ای تبدیل شده اند تا به آنها کمک کنند حس رقابت را ارتقا بخشند. براساس موفقیت اجرای سیستم ERP شرکتها می توانند به سرعت یک مزیت رقابتی در بازار جهانی کسب نمایند. درطول دهه گذشته بسیاری از پروژه های ERP منجر به پیشرفت های قابل توجه ملموس و ناملموسی در حوزه های گوناگونی برای سازمانها شده اند. هر چند تعدادی از نمونه هایی هم وجود دارند که در آنها سازمان ها موفق نشده اند مزایای بالقوه ای بدست آورند که این مساله آنها را به سمت سرمایه گذاری گسترده در اجرای ERP ترغیب نموده است. اجرای سیستمهای ERP بخاطر پیچیدگی، هزینه بالا و ریسک سازگاری یکی از دشوارترین پروژه های سرمایه گذاری می باشد. شرکت ها میلیاردها دلار صرف استفاده از نفر-ساعت های هنگفتی نموده اند تا سیستم های نرم افزاری ERP را مستقر سازند. یک پروژه موفق ERP شامل انتخاب یک سیستم نرم افزاری ERP و فروشنده تعاونی مربوطه و اجرای این سیستم، مدیریت فرآیند تجاری و سنجش میزان عملی بودن آن سیستم می باشد(Karsak,2000 , Zogul)
اهداف(کلی و جزئی) تحقیق :
هدف اصلی این تحقیق :
ارزیابی و بررسی آمادگی شرکت ایران خودرو دیزل برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی
تشخیص نقاط قوت و ضعف سازمان در زمینه آمادگی پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی
سوالات یا فرضیه های تحقیق :
1-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه منابع انسانی برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
2-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه زیر ساخت تکنولوژی اطلاعاتی برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
3-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه فرهنگ سازمانی برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
4-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه فرایند‌های کسب وکار برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
5-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه داده برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
6-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه تعهد مدیریت ارشد برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
7-شرکت ایران خودرو دیزل از جنبه مدیریت تغییر سازمانی برای پیاده سازی سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی آماده است.
قلمرو تحقیق :
الف ) دوره های زمانی انجام تحقیق :
از آذر1389 تا فروردین 1390 خواهد بود.
ب ) مکان تحقیق :
مکان تحقیق شرکت ایران خودرو دیزل می باشد.
تعریف واژه ها و اصطلاحات تخصصی طرح :
عوامل حیاتی موفقیت(CSF): عبارتند از شرایط و فرصت هایی که باید ایجاد شوند تا موفقیت سازمان تضمین گردد(Poon&Wagner,2001).
سیستم برنامه ریزی منابع سازمانی(ERP): یک بسته نرم افزاری تجاری است که هدف آن یکپارچگی اطلاعات و جریان اطلاعات بین تمامی بخشهای سازمان از جمله مالی، حسابداری، منابع انسانی، زنجیره عرضه و مدیریت مشتریان است . (Davenport .1998)
فرهنگ: ترکیبی از تاریخ شرکت، انتظارات، قوانین نانوشته و آداب اجتماعی که رفتارها را تحت تاثیر قرار می دهد و مجموعه ای از اعتقادات اساسی است که روی ادراک ما از کارها و ارتباطات همه کارکنان تاثیر می گذارد .(Hasanali,2002)
ساختار سازمانی: به سبک و روشی اشاره دارد که کارکنان و پست های سازمانی براساس آن، در جهت تسهیل فرایندهای کاری سازمانی شکل گرفته اند. افراد درون ساختار سازمانی کار می کنند که فرایند های سازمانی را برای رسیدن به استراتژی کلی شرکت پشتیبانی می کنند(Santoro and Gopalakrishena,2000).
استراتژی : چارچوبی را فراهم می کند که در آن چارچوب سازمان، فعالیت های هدف گذاری شده ای را برای اهرمی کردن دارایی های دانسته ای سازمان انجام می دهد .(Chatzkel,2000)
منابع انسانی : افراد، ایجاد کنندگان دانش در سازمان هستند و یک قسمت قابل توجه از دانش سازمان در ذهن آنها است (ESCFWA,2003).
فرایندهای کسب وکار: یک گروه از کارهای منطقا مرتبط بهم که منابع سازمانی را در جهت حمایت اهداف سازمان مورد استفاده قرار داده تا نتایج با گرایش مشتری فراهم کند(Hamer,2000).

فصل دوم
ادبیات تحقیق
فصل دوم
مقدمه
مهمترین دغدغه مدیران پیشرفت در یک محیط متلاطم و پویا ست ولی آنها میدانند بااینکه تمامی منابع چهارگانه نیروی انسانی مواد تجهیزات وماشین آلات و سرمایه رادارند وبرای رسیدن به اهداف خودازتمامی فعالیت های اصلی و پشتیبانی استفاده میکنندوهمیشه به دنبال توسعه و پیشرفت از سه بعد استراتژی کسب وکار طراحی ساختار سازمانی وتوسعه سیستم های اطلاعاتی هستند اما نمیتواند به یک انسجام و یکپارچگی درتمامی ابعاددرون سازمانی وبرون سازمانی برسند که کلیدحل مشکلات آنها در محیط رقابتی امروزه برنامه ریزی منابع سارمان (ERP) است تا با حذف هرگونه فعالیت بی ارزش کسب وکار خود را رونق بخشند( شفیعی نیک ابادی ،1386)
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان یکی از پرکاربرد ترین راه حل های فناوری اطلاعات است و بکارگیری آن علاوه بر سازمان های بزرگ توجه شرکت های متوسط و کوچک رانیز به خود جلب نموده است. زمانی که سازمانهاتصمیم میگیرند ERP راپیاده کنند با کار ساده ای روبرو نیستندو با تنوع گسترده نرم افزارهای دردسترس ERPمشخص کردن بهترین سیستم که مطابق با خواسته های سازمان باشد کار سختی است و ممکن است فرایند ارزیابی وانتخاب سیستم برنامه ریزی منابع سازمان زمانی زیادی را به اختصاص دهد ( نیکجو ،1386)
انتخاب معیارهای مناسب که تصویر کاملی از کل سازمان رانشان دهد ازاهمیت زیادی برخوردار است در چارچوب های ارائه شده اولیه درمطالعات پیشین فقط برروی معیار هزینه تاکید فراوان شده است. روش کارت امتیازی متوازن علاوه بر در نظر گرفتن معیارهای مالی معیارهای دیگری رااز سه دیدگاه مشتری فرایندهای داخلی و نوآوری و یادگیری برای اندازه گیری عملکرد سازمان استخراج مینماید درنتیجه دید کلی تری در اختیارمدیر قرار می دهد. همچنین این چارچوب به برقرای تناسب در تعداد معیارها کمک میکندومانع ازدیاد تعدادمعیارها می شود (Cebeci ,2009)
درادامه این فصل به معرفی بیشتر سیستم ERP وهمچنین بررسی و ارزیابی انتخاب این سیستم در ادبیات تحقیق پرداخته می شود .در ادامه توضیحاتی درمورد کار امتیازی متوازن و بکارگیری آن در انتخاب سیستم ERPمناسب ارائه می شود .همچنین به معرفی بیشتر مدلهای تصمیم گیری چندمعیاره بویژه روش فرایند تحلیل شبکه ای پرداخته می شودودرمورد بکارگیری رویکرد تصمیم گیری چندمعیاره برای انتخاب سیستم ERPدر پیشینه توضیحاتی ارائه می شود.
تاریخچه و سیرتکامل سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان براساس یک روند تکاملی شکل گرفته اند. توسعه فناوری های رایانه شکل گیری بازارهای جهانی واهمیت یافتن زنجیره تامین و ظهور سیستم های یکپارچه در سازمان های تولیدی مهمترین روندهای شکل گیری سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان هستند. شکل گیری سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان یک فرایند تکاملی بوده است. این سیستم ها درواقع کامل یافته سیستم ها ی عملیاتی هستند که دردهه های 1960 تا 1970 میلادی توسعه یافتند. دردهه60 میلادی بود که سیستم هایی به نام سیستم های کنترل موجودی ایجادشد و هدف از این سیستم دادن اطلاعات لحظه ای مواد اولیه قطعات محصول نیم ساخته و نهایی بود.
بعد از این دوره و رشد صنعت کامپیوتر دردهه 70 سیستمی به نام برنامه ریزی احتیاجات مواد ایجاد شد که علاوه بر مجموعه فعالیتهایی که در سیستم کنترل موجودی انجام میشد عمل برنامه ریزی تامین منابع را نیز به صورت مکانیزه وسیستمی انجام میداد که دارای سه بخش عمده به نام های برنامه اصلی تولید لیست موادو قطعات لازم و پرونده ثبت موجودی یا صورت موجودی انبار است ومهمترین خروجی های حاصل از آن مجموعه ای از گزارشات اولیه ( مانند جداول سفارشات برنامه ریزی شده ، تغییر در تاریخ های سررسید، اطلاعات مربوط به وضعیت موجودی و ...) وگزارشات ثانویه ( مانند گزارشات برنامه ریزی اجرایی و استثنایی ) می باشند.
دردهه 80 باتوسعه مکانیزاسیون در کسب و کار سیستم های برنامه ریزی احتیاجات مواد متحول شده و سیستم های برنامه ریزی منابع تولید MRPII به وجود آمدند. این سیستم ها به منظور برنامه ریزی تمامی منابع مورد نیاز برای تولید مورداستفاده قرارمی گرفت. با شکل گیری این سیستم ها بخش عمده ای از فرآیندهای کسب و کار از جمله برنامه ریزی کسب وکار، برنامه ریزی عمیاتی ، برنامه ریزی فروش ، برنامه ریزی تولید ، زمانبندی تولید و برنامه ریزی ظرفیت به صورت یکپارچه مکانیزه شدند.این سیستم ها به منظور تهیه گزارش مالی ،گزاش های بودجه ، گزارش های فروش باسیستم های مالی و حسابداری نیز مرتبط شدند.(F.Robert Jacobs ,2006)
سیستم های برنامه ریزی منابع تولید روشی برای برنامه ریزی تمام منابع برای یک سازنده می باشد که در آن برنامه ریزی تمام منابع در کل سازمان یکی میگرد. MRPII دارای قابلیت تطبیق و یکپارچه سازی عملکردهای اصل یک شرکت همانند تولید ، بازاریابی ، فروش ومالی می باشد (Barker 2001) . علت ظهور ERPII عدم توانایی سیستم ERPدر پاسخ گویی به تغییرات سریع محیطی بود به این معنا که زمان زیادی صرف عملکرد های مکانیکی سیستم های ERP می شد ، واحدهای کسب و کار با یکدیگر ارتباط نداشتندوهمچنین این سیستم ها روی پردازنده مرکزی اجرا می شدند(Muscatello,2002) .
دردهه 90 بودجه های it به صورت ناگهانی ، سریع وچشمگیری افزایش یافت و سیستم برنامه ریزی به نام برنامه ریزی منابع سازمان ایجاد شد که حالت توسعه یافته ERPII بوده و به دنبال پوشش سیستم های مدیریت منابع مالی سازمان جهت پاسخگویی به شرایط خاص و پیچیده بازار در تولیدات می بود سپس ERP بوجود آمد که علاوه بر موجودی اقلام ، جریانات مالی و حسابداری ، مدیریت منابع انسانی ، مدیریت بازاریابی و سیستمهای پشتیبان جهت تصمیم گیری برای سیستم برنامه ریزی منابع تولیدو ساخت را شامل می شد (Muscatello,2002)
باگذر زمان و آشکار شدن مزایای عمده ، نصب و پیاده سازی ERP بسیار رایج گردید و باایجاد قابلیت های اضافی در آن ، این سیستم درون سازمانی را به یک سیستم بین سازمانی تبدیل کردندو از سال 2000 به بعد بااوج گفتن این موج جدید به مدیریت سازمان هاومیل مدیران به استفاده ازا ین سیستم مواردی همچون مدیریت زنجیره تامین ، مدیریت روابط بامشتریان ، مدیریت داده های تولید ، سیستم های اجرای تولید هوش کسب و کار، ذخیره سازی ومبادلات الکترونیکی داده ها به این سیستم اضافه شد تا حرکت سیستم ها به سمت تجارت الکترونیک از نوع کسب بامشتری سرعت یابدو در آینده ای نزدیک منتظر کاربرد هوش مصنوعی و پشتیبانی از طریق مستندسازی چند رسانه ای در این سیستم ها هستیم که رونق جدیدی به بازار این سیستمهاو تحولی بزرگ در مدیریت سازمان هاایجاد میکند ( شفیعی نیک آبادی ،1386).
بسیاری از افرادمعتقد هستند که یکپارچگی سیستم های کسب و کار در قالب سیستم برنامه ریزی منابع تولیدی سرآغازی برای شکل گیری سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان می باشد.به عنوان مثال مانتی سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان را روشی برای برنامه ریزی و کنترل موثر تمامی منابع مورد نیاز برای تهیه ، تولید ، بازگیری و ارائه سفارشات مشتری تعریف نموده است(Manetti,2001) .
اولین سیستم برنامه ریزی منابع سازمان توسط شرکت های نرم افزاری بزرگ در آمریکاواروپا از جمله شرکت های SAP و Peoplesoft توسعه یافتند. شرکت SAP سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان خود را حول محور فعالیتهای تولیدی ویکپارچگی این فعالیتهابا فرایندهای مالی و حسابداری ایجاد نمود. سایر تولید کنندگان نیز محصولات خود را با تمرکز بر بخش های خاصی از کسب و کار توسعه دادند. به عنوان مثال Peoplesoft اولین محصولات خود را با تمرکز برمدیریت نیروی انسانی ارائه نمود که بامرور زمان سایر ماژول های کسب وکار نیز به این محصول افزوده شد. شرکت ORACLE نیز قبل از ورود به عرصه سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان تولید کننده و عرضه کننده سیستم های مدیریت پایگاه DBMS داده بود ( جلالی ریا،1385)
معرفی سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان
فناوری اطلاعات و ارتباطات را میتوان به عنوان مجموعه ای از اجزا جهت جمع آوری ، پردازش و تبادل وانتقال داده و اطلاعات در قبال سخت افزار ، نرم افزار، مغز افزارو سازمان افزار تعریف کرد. فناوری اطلاعات وارتباطات به عنوان جزء اساسی و پایه توسعه اقتصادی یک کشور چه در بعد خرد و چه در بعد کلان شناخته می شود و پدیده جهانی سازی بطور وسیعی توسط ICT حمایت و پشتیبانی می شود.
درکشورهایی که قصد پیوستن به سازمان تجارت جهانی (WTO) رادارند استفاده از سیستم های جدید فناوری اطلاعات وارتباطات سرعت چشمگیری به خود گرفته است. یکی از جدید ترین ابزارهای مدیریتی در سازمانهاسیستم های برنامه ریزی منابع هستند (Yiannis ,2002) برنامه ریزی منابع سازمانی عبارتی متشکل از سه واژه است که از لحاظ لغوی به صورت زیر بیان می شود :
Enterprise : یک سازمان بسیار گسترده .
Resources : همه منابع در دسترس برای یک سازمان
Planning : نگاه به آینده با یک دید بلند مدت به جای نگاه کردن به وضعیت جاری
پس از لحاظ لغوی عبارت است از برنامه ریزی با یک دید بلندمدت برای تمامی منابع در دسترس در کل گستره یک سازمان ( شفیعی نیک آبادی 1386)
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان ERP رامیتوان به عنوان نرم افزار یکپارچه ای تعریف نمود که دارای اجزا ویا ماژول های مختلفی در حوزه ها ی عملیاتی سازمانها مانند برنامه ریزی تولید ، فروش ، بازاریابی ، توزیع ، حسابداری مدیریت ، منابع انسانی ، مدیریت پروژه ، مدیریت موجودی ، مدیریت حدمات و نگهدار ی و تعمیرات ، مدیریت حمل و نقل و تجارت الکترونیک هستند. معماری و ساختار سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان به گونه ای است که یکپارچگی و جامعیت اطلاعات سطح سازمان را فراهم نموده و جریان روان اطلاعات بین بخش های مختلف سازمان را فراهم می آورد.
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان در واقع تکامل یافته سیستم های اطلاعاتی جامع هستند.تفاوت عمده این سیستم ها با سیستم های اطلاعات مدیریت و سیستم های جامع سازمانی در رویکرد فرایندگرا و یکپارچگی عملیاتی فرآیندی و داده ای سازمان ها است. این سیستم ها به گونه ای توسعه می یابند که تمامی منابع اطلاعاتی سازمان با یکدیگر یکپارچه شده و بتوان در راستای انجام ماموریت های سازمان از این سیستم بهره جست .این سیستم ها یک راه حل سیستمی مبتنی بر فناوری اطلاعات است که منابع سازمان را توسط یک سیستم یکپارچه به سرعت و با دقت و کیفیت بالا در کنترل مدیران سطوح مختلف سازمان قرار میدهد تا به طور مناسب فرایند برنامه ریزی وعملیات سازمان را مدیریت نماید.این سیستم میتواند به صورت داخلی و درون سازمانی توسعه یابد اما به خاطر پیچیدگی های موجود در این حوزه بسیاری ازسازمان ها راه اندازی این سیستم ها رابه فروشندگان وتولید کنندگان خارج از سازمان واگذار نموده ا ند ( نیکجو ،1386)
هنگامی که صحبت تعریف از سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان می آید اکثر نویسندگان مشخصه عملکردی این سیستم ها را به عنوان تعریفی از سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان بکار برده اند زیرا هیچ تعریف پذیرفته شده یکسانی برای این گونه سیستم ها وجود ندارد .مثال های بی شماری از این گونه تعریف ها در مرور ادبیات موضوع دیده می شود که به عنوان مثال چندنمونه ای از آنها ذکر میگردد:
ERP : یک بسته نرم افزاری تجاری است که هدف آن یکپارچگی اطلاعات و جریان اطلاعات بین تمامی بخشهای سازمان از جمله مالی ، حسابداری منابع انسانی ، زنجیره عرضه ومدیریت مشتریان می باشد (Davenport 1998)
ERP یک پایگاه داده ، یک برنامه کاربردی و یک واسط یکپارچه درتمامی سازمان است (Tadjer 1998)
سیستم های ERP راه حل های نرم افزاری جامع و در قالب بسته نرم افزاری ارائه شده اند و به دنبال یکپارچگی محدود و کاملی از فرآیندها و عملکردهای یک کسب و کار می باشند که به منظور ایجاد نگرشی کل نگر از کسب و کار در یک معماری واحد از اطلاعات وتکنولوژی اطلاعات استفاده می شوند (Klaus et al 2000)
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان مجموعه ای یکپارچه از برنامه هایی هستند که از فعالیت های محوری سازمان نظیر ساخت و پشتیبانی ، تدارکات مالی و حسابداری فروش وبازار یابی و منابع انسانی حمایت میکنند (Aladwani 2001)
ERP سیستم هایی مبتنی بر کامپیوتر هستند که برای پردازش تراکنشهای سازمان طراحی شده اند و هدف آنها تسهیل برنامه ریزی تولید و پاسخگویی به موقع به مشتریان در محیطی یکپارچه است (O'Leary 2001)
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان سیستم های اطلاعات قابل تغییری هستند که اطلاعات و فرآیندهای مبتنی بر اطلاعات سازمان رادر درون واحدهای سازمانی و بین‌آنها یکپارچه می نمایند. (Kumar 2002)
تعریف ERP از نظر انجمن تولیدو کنترل موجودی آمریکا به قرار زیر است :
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان روشی برای برنامه ریزی و کنترل موثر تمامی منابع مورد نیاز برای دریافت ، تولید ، ارسال و پاسخگویی به نیازهای مشتریان در شرکتهای تولیدی ، توزیعی و خدماتی تعریف شده است (Manetti 2001)
اما جامع ترین تعریفی که از ERP می توان بیان کرد و شامل تمامی ابعاد تعاریف فوق باشد عبارت است از :
"سیستم جامعی است که سعی در مدیریت موثر تمام منابع و یکپارچه سازی همه وظایف و بخش های موجود در یک سازمان با ستفاده از یک سیستم رایانه ای واحد که بتواند نیازهای خاص و ویژه را برآورده سازد دارد و این کار با استفاده از یک نرم افزار انجام میشود که به وسیله یک پایگاه داده ای واحد امکان به اشتراک گذاری اطلاعات وارتباط بخش های مختلف را با یکدیگر برقرار می سازد و این نرم افزار شامل تعدادی ماژول است که هریک بخشی از وظایف موجود در شرکت را به عهده دارند. ( شفیعی نیک‌ابادی 1386)
باکمی توجه به مجموعه تعاریف فوق همگی آنها دارای یک وجه مشترک می باشند و آن وجه مشترک درتمامی تعاریف فوق وجود لغت یکپارچه سازی یا یکپارچگی است. یکپارچگی دراین برنامه ریزی عبارت است از استفاده اشتراکی دو یا چند کاربر از اطلاعات یکسان با منبع ذخیره یکسان که این یکپارچه سازی باعث از بین بردن جزایر وماژول های اطلاعاتی شده وموجب فراهم آوردن اطلاعاتی دقیق به موقع و جامع از وضعیت کل سیستم موجود می شود.
این یکپارچه سازی و انسجام در هفت ناحیه در سازمان انجام میشود :
.یکپارچگی در داده ها که موجب جلوگیری از افزونگی ، انباشتگی و تناقض در داده ها می شود.
یکپارچگی در اطلاعات که این اطلاعات ترجمان د اده ها ( داده های پردازش شده ) در حوزه های مختلف است وداده ها نبایستی تناقض داشته باشند تااین یکپارچگی به نحو احسن صورت گیرد.
یکپارچگی در دانش ،دانش در حوزه های مختلف تولید می شود اما یکپارچگی و توازن آن باید با توجه به نیاز در انجام فرایند ها به خصوص در زمان تصمیم گیری حفظ شود.
یکپارچگی در فرآیند که دراینجا بحث ارزشیابی متوازن مطرح می شود وبیان می شود که در زمان های فشار اقتصادی ، جدایی زنجیره ها از همدیگر از همان حلقه های ضعیف شروع خواهدشد.
یکپارچگی در منابع انسانی یعنی وجود یکپارچگی بین تمامی اعضا و دانش آنها و ارتباط آنها با مجموعه فرآیندهایی که تحت مسئولیت خوددارند.
یکپارچگی در سازمان و ساختار که در مبحث مربوط به مهندسی مجدد به طور کامل تشریح میشود.
یکپارچگی در برنامه های کاربردی که تمامی ابزارهاو برنامه های مورداستفاده بایستی پاسخگوی مسئولیتهای محوله باشند ( شفیعی نیک آبادی ،1386)
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان از یکسری ماژول استاندار تشکیل شده اند. این ماژول ها می توانند به صورت منفرد مورداستفاده قرارگرفته و یا آنکه ترکیبی از این ماژولها برای نیل به اهداف سازمانی در اختیار سازمان قرار گیرد. همچنین عرضه کنندگان سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان سیستم هایی را نیز به صورت سفارشی برای سازمان ها و صنایع خاصی تولید وعرضه می نمایند. پیاده سازی سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان برای سازمان ها میلیون هادلار هزینه به همراه دارد و سازمان های کوچکتر برای راه انداز ی یک سیستم برنامه ریزی منابع سازمان باید تقریبا ده درصد ازدر آمد سالیانه شان راهزینه نمایند.
عرضه کنندگان سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان بیان مینمایند که با راه اندازی این سیستمها هزینه سیستم های اطلاعاتی جزیره ای کاهش یافته و کارایی عملیاتی سازمان افزایش می یابد. از این رو راه اندازی سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان مقرون به صرفه خواهدبود درحال حاضر کاربران این سیستم ها انتظار دارند سیستم هایی در دسترس داشته باشند که نیازهای آنها را پاسخ گو بوده و بتواند سود مناسبی را از سرمایه گذاری های صورت گرفته عاید آنها نماید (Barker ,2001)
از آنچه امروز هویداست می توان به راحتی روزی را پیش بینی نمود که هیچ سازمانی بدون ERP قادر به حیات نباشد زیرا حفظ ارزشها و مفاهیم بنیادی سازمانی و دستیابی به مفاهیمی چون مشتری مداری ، نتیجه گرایی ، مدیریت مبتنی بر فرآیند ، ثبات رهبری و مقاصد توسعه ومشارکت کارکنان ، یادگیری ونوآوری مستمر ، توسعه همکاریهای تجاری و عمل به مسئولیتهای اجتماعی سازمان جز با رویکرد به سیستم های ERP حاصل نخواهد شد. جهان امروز دیگر جایی برای زندگی تک واحدی چه برای انسانهاو چه برای سازمانها باقی نخواهد گذاشت. (F.Robert Jacobs 2006)
وال استریت ژورنال که یکی از معتبر ترین نشریات جهان محسوب می شود در یکی از شماره ها ی اخیر خود به بررسی آینده سیستم های ERP پرداخته است. نویسنده این پروژه - ریسرچمعتقد است که سازمان ها در چند سال اخیر دریافته اند که راهی جز سرمایه گذاری برروی ERPرا ندارند.این واقعیت که یکپارچگی یکی از عناصر بقا در دنیای رقابتی است برای همه به اثبات رسیده و سازمان ها معتقدند به جای اینکه برروی خرید چند سیستم مجزا سرمایه گذاری نمایند ودرنهایت نیز ناچار به سرمایه گذاری برروی فناوری های یکپارچه شونداز همان اول برروی ERPسرمایه گذاری نمایند.
براساس پیش بینی موسسه AMR سیستمهای برنامه ریزی منابع سازمان تا 2011 از رشدی معادل 11 درصد برخوردار خواهند شد و بتدریج بیشتر کسب وکارها به سمت این سیستم ها حرکت خواهندکرد در حقیقت آینده ERP ها به صورت سیستم هایی متمرکز در شرکت های پشتیبانی کننده متصور است که تنهاسازمان ها با اتصال به این سیستم ها خدمات مورد نیاز خود را دریافت می کنند با این اوصاف مطمئنا در سال های آینده نسل های جدیدی از ERP ها وارد بازار می شوند و شاهد روند جدیدی دراین زمینه خواهیم بود.
معماری سیستم ERP معماری و ساختار ERP به گونه ا ی است که یکپارچگی اطلاعات در سطح سازمان را فراهم کرده و جریان روان اطلاعات بین بخش های مختلف سازمان را فراهم می آورد و به کمک فناوری اطلاعات از طریق تسریع و تسهیل اطلاعات ، سازمان و تامین کنندگان را قادر به آگاهی وتامین مایحتاج به موقع میکند که به صورت لایه ای در بخش های سازمان وارد می شود . سطوح اصلی برای ERPعبارتند از :
لایه های عملیاتی که در پایین ترین سطح قراردارند و کشورهای در حال توسعه مانند ایران هم بیشتر به این سطح توجه دارند.
لایه دانش که رسیدن به این لایه سخت بوده ودرکشورهایی همچون ایران هنوز موفق به دستیابی کامل به این سطح نشده اند.
لایه های مدیریتی که بتواند از طریق سیستم های حمایت تصمیم گیری به مدیران کمک کند.
لایه های استراتژیکی و راهبردی سازمان می باشد.
دردولایه ابتدایی کاربران نهایی سیستم معولا کارکنان هستند اما دولایه آخر نشان میدهد که کاربران نهایی مدیران هستند و این که مدیران یک سازمان کاربران نهایی یک سیستم اطلاعاتی باشند نشان دهنده اهمیت و کاربری بالای آن سیستم می باشد ( شفیعی نیک آبادی 1386)
چالرلز مول (2005) در تحقیقات خود لایه های چهارگانه ای را برای سیستم برنامه ریزی منابع سازمان بیان میکند :
هسته ( لایه اصلی و بنیادین ) یک عنصر هسته ای همان پایگاه داده ای منسجم و یکپارچه است و عنصر هسته ای دیگر چارچوب کاری نرم افزار مورداستفاده است.
مرکز ( لایه پردازش ) که منعکس کننده سیستم های مبتنی برتبادل اطلاعات می باشند. قابل ذکر است که سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان پیشرفته وبا محور باز وترکیبی هستند و به عنوان مجموعه ای از سرویس های وب توزیع شده ای به کارگرفته میشوند و مهندسی مجدد فرایندها ونظارت بر فعالیتهای کسب و کار در این لایه صورت می گیرند.
سازمان ( لایه تحلیلی ) که شامل سیستم هایی از جمله SRM ، SCM مدیریت عمر محصول ، مدیریت داده محصول که کمک کننده شرکت برای نوآوریها و حضورموثر در بازارها و کسب وکار الکترونیکی است ، مدیریت چرخه عمر کارمندان که اطلاعاتی یکپارچه از مرحله ورود تا بازنشستگی در جهت مدیریت لیاقتها و شایستگی ها دارد ومدیریت عملکرد شکست که همانند چتری شامل متدلوژی ها ، معیارها ، فرایندها و سیستم های بکار گرفته شده برای نظارت ومدیریت عملکرد کسب و کار یک شرکت است و فراهم کننده یک جنبه کلی از کسب و کار برای مدیریت می باشد.
مشارکتی و تعاون ( لایه سوم کار الکترونیکی ) که شامل ارتباطات و انسجام و یکپارچگی میان سیستم برنامه ریزی منابع سازمان وعوامل خارجی است و شامل (E-commerrce)B2C ، (e-procurement)B2B و (Intrant)B2E و EAL ( که فراهم کننده محاسباتی برای فرایندهای خودکار در سطوح متفاوت IT سیستم ها و سازمان است و به دنبال انسجام اعضا داخلی و خارجی سیستم می باشد و باعث هماهنگی اجزا متفاوتی از SCM و CRM با آخرین سیستم های تکمیل شده ERP می شود) . وجود این لایه ها باعث انعطاف پذیری درانطباق با نیازهای متغیر شرکت های استفاده کننده وحتی قوانین داخلی و خارج از سازمان شده و باعث ایجاد یک حالت فرا شرکتی گردیده است که از طریق اتصال On line باتمامی اعضا در زنجیره در ارتباط می باشیم و به اطلاعات موجود درتمامی زمینه ها دسترسی داشته وثبت اطلاعات از نظر حجم رکورهای اطلاعاتی نامحدود می شود( (Moller 2005
اجزای تشکیل دهنده سیستم های ERP اگر اجزای سیستم های ERPتولیدشده توسط شرکتهای مختلف در این حوزه فعالیت را مورد بررسی قرار دهیم می بینم که این سیستم هادارای چند بخش کلی هستند که تقریبا در سیستم های همه فروشندگان ERP ارائه گردیده است.در یک تقسیم بندی کلی می توان این اجزا را در قالب گروههای زیر مورد بررسی قرارداد :
حسابداری مالی : سیستمی است برای مدیریت اتوماتیک و گزارش دهی مربوط به دفاتر کل حسابهای دریافتنی و پرداختی و سایر موارد مربوط به سیستم حسابداری ونگهداری حسابها
کنترل : برای نگهداری جریان درامد و هزینه های یک شرکت استفاده میشود و بعنوان یک ابزار مدیریتی برای تصمیم گیریهای سازمانی کاربرد دارد.
مدیریت دارایی ها(اموال) : سیستمی است که برای نگهداری اطلاعات مربوط به دارایی ها از جمله خرید ، فروش ، استهلاک و مدیریت سرمایه گذاری در دارایی ها کاربرددارد.
سیستم پروژه : این سیستم جهت برنامه ریزی ، کنترل و نظارت برپروژه های پیچیده و بلند مدت دارای اهداف مشخص وتعریف شده کاربرددارد.
سیستم جریان کار : سیستمی است برای ارتباط ماژولهای کاربردی ERPباابزار ، خدمات و فناوری های مختلف دیگر
راه حل های صنعتی : سیستمی است که ماژولهای کاربردی ERP را با برنامه های کاربردی دیگر که خاص برخی از صنایع از جمله نفت ، گاز، دارویی و بانکداری نوشته شده است ترکیب میکند.
منابع انسانی : سیستمی است کاملا یکپارچه که برای پشتبیانی و برنامه ریزی فعالیت های پرسنل در شرکتها کاربرددارد.
سیستم نگهداری شرکت :این سیستم وظیفه برنامه ریزی نیازمندیهای مربوط به نگهداری از ماشین الات و سایر امکانات موجود در شرکتها بخصوص شرکتهای تولیدی را بر عهده دارد.
مدیریت مواد : این سیستم وظایف مربوط به تدارکات ، انبار مواد ، سفارش مجدد و ... را برعهده د ارد.
مدیریت کیفیت : یک سیستم اطلاعات و کنترل کیفی است که برنامه ریزی کیفیت ، بازرسی و کنترل تدارکات وتولید را برعهده دارد.
برنامه ریزی تولید : برای برنامه ریزی و کنترل فعالیتهای تولیدی یک شرکت کاربرد دارد.این ماژول اجزای فرعی BOM ، مراکز کاری ، ردیابی مواد ،برنامه ریز ی عملیات و فروش ، برنامه کلان تولید (MPS) ، برنامه ریزی نیازمندیهای مواد ،کنترل سطح کارخانه ، سفارشات تولید ، هزینه یابی مواد و...می باشد.
فروش و توزیع : این سیستم بهینه سازی همه وظایف مربوط به فروش ارسال و صدور صورتحساب رادر بر میگیرد . اجزای فرعی این ماژول شامل پشتبیانی قبل از فروش ، پردازش در خواست مشتری ، پردازش اعتبار مشتری، پردازش سفارشات فروش ، پردازش ارسال کالا و سیستم اطلاعات فروش می باشد.
این اجزا می توانند خود دارای اجزای فرعی باشند که برای مقاصد ویژه ای کاربرد دارد که عبارتند از: ساختار سازمانی شرکت ، طراحی چارچوب گزارشات داخلی و خارجی ( جهت ارسال به سازمانهای خارج از شرکت) ، سازمان فروش ،کانالهای توزیع کالا ، سلف سرویس کارمندان ( کارمندان قادرند از طریق اینترنت به اطلاعات خود در سیستم منابع انسانی دسترسی داشته باشند ) ، سیستم MATCHCODE جهت یافتن اطلاعات خاص موردنیاز بااستفاده ا ز ابزارهای جستجو امنیت سیستم و سایر.
ضرورت استقرار ERPدر سازمان
درسالهای اخیر استفاده از سیستمهای یکپارچه سازمانی در راس برنامه های شرکتها قرار گرفته اند مهمترین ابزار پیش روی دراین ارتباط سیستم برنامه ریزی یکپارچه منابع سازمانی ERP است. این سیستم تمام بخشهای شرکت را از طریق جریانی از اطلاعات به یکدیگر مرتبط می سازد و مدیریت مکان و زمان ومنابع را در شرکت برقرار میکند وشرکت رادر بخشهای مختلف از به کارگیری نرم افزارهای مختلف که با یکدیگر ارتباط موثر وهمگام با زمان نیز ندارند بی نیاز می سازد.
پذیرش وکاربرد گسترده سیستم برنامه ریزی منابع سازمان ERP توسط سازمانهای بزرگ و متوسط به عنوان انقلاب ERPتوصیف شده ا ست (Ross 1999) پیاده سازی سیستم ERP مزایای بیشماری را برای سازمانها به ارمغان می آورد .بسیاری از سازمانها به میزان قابل توجهی سیستم مزبور را جایگزین شماری از سیستمهای اطلاعاتی قدیمی کرده اند (Oliver & Romm 2000) این چنین سیستم هایی نوید بخش ارائه یک پاسخ یکپارچه و منسجم به نیازهای اطلاعاتی سازمان درمورد جایگزینی سیستم های اطلاعاتی سنتی می باشد (Bardly 2008) استقرار سیستم های برنامه ریز ی منابع سازمان به لحاظ کیفی به سه دلیل از استقرار سایر سیستم های اطلاعاتی متفاوت است : 1- ERPبر کل سازمان اثر گذار است 2- ممکن است کارکنان فرآیندهای تجاری جدیدی را علاوه بر نرم افزار جدید بیاموزند. 3- ERPنه فقط یک سیستم اطلاعاتی بلکه یک سامانه تجاری است (Milford2000).
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان ، نرم افزارهایی هستند که داده های موجود در یک سازمان رایکپارچه نموده و به شکل مطلوب و در زمان مناسب در اختیار کاربرانی قرار میدهند که به آن نیاز دارند.این سیستم به تمام افراد یک مجموعه سازمانی حتی اکر میان آنها مرزهای جغرافیایی وجود داشته باشد اجازه میدهد تا با هماهنگی یکدیگر کار کنند ( طیاروقپانچی 1386) ومیزان بالایی از اتوماسیون و یکپارچگی وظایف را بین بخش های فروش ، بازاریابی ، تولید ، عملیات پشتیبانی و لجستیک ، خرید مالی ، توسعه محصول جدید و منابع سازمان ایجاد میکند ( برزگر 1386).
انتظار می رود استقرار سیستم برنامه ریزی منابع سازمان از طریق تهیه اطلاعات دقیق و به موقع در سطح واحد تجاری تصمیم گیریهای مدیریت را بهبود بخشد (Poston 2001) اگر سیستم برنامه ریزی منابع سازمان به درستی و با درنظر گرفتن ملاحظات اقتصادی و سازمانی استقرار یابد افزایش بهره وری سازمان قطعی است. شرکت هایی که در سیستم برنامه ریزی منابع سازمان سرمایه گذاری میکنند از عملکرد قوی تر ومزیت های مالی بالاتری بهره می جویند (Hitt 2002) درواقع ERPزیربنای یک نظام تجاری قدرتمند است که موجب ژرفای اطلاعات عملیاتی و وسعت اطلاعات درمورد زنجیره ارزش می شود (Wagner 2006) بااین وجود استقرار این سیستم ها اغلب سازمان ها را باچالش جدی مواجه مینماید. شواهد زیادی وجود دارد که نشان میدهد بسیاری از پروژه های استقرار در زمان مقرر و در محدوده بودجه تعیین شده پایان نپذیرفته اند (Austin 2003) به عنوان مثال می توان شرکت هرشی را نام برد که در اثر اجرای نادس پروژه 112 میلیون د لاری ERP در سه ماه سوم سال 1999 نوزده درصد کاهش سود را تجربه نمود . شرکت صنایع مایلر در سه ماهه آخر سال 1999 متحمل زیان عملیاتی برابر با 3/5 میلیون دلار شد که ناشی از هزینه های زیادو ناکارا بودن سیستم های ERP بود. دانشگاه ماساچوست وایندیانا نیز کاهش درامد ، هدر رفتن زمان ،هزینه های زیاد وتاخیر ناشی از استقرار نامناسب را گزارش نموده اند (Songini bray 2004).
نکته مهم این است که پیاده سازی یک سیستم ERP بصورت موفق در یک سازمان بسیار مشکل است بگونه ا ی که براساس مطالعاتی که صورت گرفته تاکنون 50% موارد پیاده سازی این سیستم با شکست مواجه شده و در 90% سیستم های پیاده شده موفق ، فراتر از زمان و بودجه مصوب اولیه عمل شده است.اگر چه این ارقام و درصدها متفاوتند امااین پیام را مخابره میکنندکه پروژه های تکنولوژی اطلاعات از جمله ERP در زمره پروژه های پرریسک قرار میگیرند. بنابراین باوجود مزایای بی شماری که پیاده سازی ERP برای سازمان دارد تا زمانی که توجیه لازم برای انجام این کار وجودندارد هیچ سازمانی نباید خود را درگیر آن نماید (Muscatello2006).
درنهایت می توان گفت که سیستم ERPبرروی تمامی جنبه های کسب و کار که شامل ساختارهای سازمانی ( ازجمله میزان کنترل رسمی ، تمرکز ، تعداد لایه های سازمانی ، حیطه نظارت و اندازه سازمان ) فعالیت ها ، فرایندها و محیط اثر گذار می باشند بنابراین برای موفقیت در آینده بسیار ضروری است و راهی برای رشد و حفظ توان رقابتی است و بایستی به اعمال تغییرات به صورت یک فرصتی بالقوه به سازمان نگریسته شود که باعث استاندارد سازی فرآیندهای کاری شود ( شفیی نیک آبادی 1386).
مزایای پیاده سازی ERP پیاده سازی سیستم ERP مزایای بیشماری را برای سازمانها به ارمغان می آورد اما باید توجه داشت که این مزایا و بهبود فرایندهای تجاری سازمان به راحتی قابل دست یابی نیستند. پیاده ساز ی موفق یک سیستم ERP بستگی بسیار زیادی به انتخاب سیستم مناسب ، تامین کننده مناسب ، نحوه ی بومی سازی نرم افزار در سازمان باتوجه به استراتژی فرهنگ و ساختار سازمان ، تعهد و حمایت مدیریت سازمان از پیاده سازی نرم افزار ، شایستگی مشاوران در پیاده سازی نرم افزار ، کنترل پروژه مناسب در طول فرایند پیاده سازی و اتمام پروژه در زمان مشخص ، بودجه پیش بینی شده و مواردی از این دست دارد.
ازاین عوامل که بگذریم پیاده سازی ERP در سازمان مزایای بسیار زیادی را به همراه خواهد داشت که به صورت خلاصه میتوان به موارد زیر اشاره نمود ( کسرایی 1387):
ایجاد یکپارچگی سازمانی : هدف عمده ، یکپارچه سازی تمامی بخشها و جریانهای اطلاعات کارکردی یک شرکت به شکل یک سیستم کامپیوتری واحد که قادر به برطرف کردن تمامی نیازهای سازمان باشد میباشد. دونوع یکپارچه سازی برای سیستم ها وجود داد داخلی و خارجی یکپارچه سازی داخلی عبارت است از یکپارچه سازی بین برنامه های کاربردی یا میان برنامه های کاربردی و پایگاه داده ها درداخل یک سازمان و یکپارچه سازی خارجی به یکپارچه سازی برنامه ها یا پایگاه داده شرکای کاری گفته می شود.
استانداردسازی : فرایندهای سازمانی براساس بهترین تجربیاتی که شرکتهای عرضه کننده نرم افزار از سازمانهای مختلف به دست آورده اند در سیستم ERPاستاندارد می شوند.
مهندسی مجدد فرایندهای سازمانی : از ERPبه عنوان کاتالیزور و یاتسهیل کننده در BRPیا مهندسی مجدد فرایندهای سازمانی نام برده شده ا ست.
تبدیل فرایندهای سازمانی از حالت ضمنی به حالت صریح به علت مهندسی مجددی که در فرایندهای سازمان صورت می پذیرد .
امکان نصب و راه اندازی سریعتر سیستم های مرتبط با ERP در سازمان از جمله ماژولهای مختلف این نرم افزار یا سایر نرم افزارهای کاربردی که از طرف عرضه کنندگان ERPارائه نشده ومخصوص آن سازمان هستند.
امکان و یاتسهیل توسعه سیستمهاو فناوری های جدید مانند سیستم های به هنگام (ITT)
امکان ایجاد همکاریهای تجاری سرمایه گذاری های مشترک ادغام برای سازمانها باهزینه کمتر و بازدهی بیشتر و نتیجه بهتر
تغییر تمرکز از برنامه نویسی کامپیوتر در سازمان به بهبود فرایندها
فراهم شدن زیر ساخت لازم به منظور پرداختن به مدیریت زنجیره ای تامین (SCM) , و مدیریت ارتباط با مشتری (CRM)
توسعه زیر ساخت لازم به منظور وارد شدن به تجارت الکترونیک (E-Business)


حذف فعالیتهای تکراری
ثبت داده های عملیاتی در حین انجام کار
حفظ امنیت نگهداری داده ها به صورت متمرکز و برنامه ریزی شده
دسترسی سریع و به روز به داده ها
کاهش شدید مصرف کاغذ
بهبود تصمیم گیری به دلیل دسترسی به داده های به روز و مناسب
استراتژی های بهره گیری از سیستم ERP
برای بهره گیری از این سیستم هفت استراتژی عمده وجود دارد که می توان به طور خلاصه به آنها اشاره کرد ( شفیعی نیک آبادی ،1386).
نصب و پیاده سازی یک سیستم یا یک بسته نرم ا فزاری کامل بدون اعمال هیچ تغییری در سازمان : دراین استراتژی روش های کار عوض شده و کارکنان در مورد فرایندهای جدید‌آموزش می بینند که این استراتژی سریعترین و کم خطرترین راه بهره گیری است و مهمترین مشکل عمده این استراتژی مقاومت زیاد کارکنان در برابر این تغییرات ناگهانی است.
انتخاب یک محصول خاص از یک شرکت فروشنده و اعمال تغییراتی در آن در جهت تطابق سازی با فرایندهای سازمانی که زمانبری وهزینه بالایی به علت اعمال تغییرات ، دارد و ریسک زیادی رامتحمل می شویم پس بایستی درمورد وضعیت شرکت فروشنده اطمینان حاصل شود اما در این حالت مقاومت کارکنان کمتر خواهدشد زیرا سیستم نرم افزاری براساس فرایندهای جاری تغییر می یابند و فرایندکاری تغییرات خیلی کمی دارند.
گزینش بهترین ماژولها از بهترین بسته های نرم افزاری : در اینحالت به جای اینکه یک نرم افزار کامل خریداری شود از بهترین بسته های نرم افزاری موجود بهترین ماژولها انتخاب می شوند و با هم یکپارچه می شوند. مهمترین مشکل استفاده از این استراتژی زمانبری بالا در انتخاب بهترین ، هزینه بری بالا و ایجاد یکپارچگی و انسجام بسیار سخت بین ماژول های مختلف از شرکت های مختلف است این استراتژی بیشتر توسط سازمانهای بزرگ با سطح درامد بالا اعمال می شود زیرا به کمک این استراتژی به دنبال ایجاد قابلیتهای اضافی در سازمان خود هستند.
گزینش بهترین ماژولهای یک بسته نرم افزاری : در این استراتژی از یک بسته نرم افزاری چند ماژول برای واحدهای سازمانی که ارتباط و یکپارچگی آنها با هم بسیار مهم است انتخاب می شود و فقط در آن چند واحد منتخب پیاده سازی صورت میگیرد.
ایجادسیستم به صورت داخلی : در این استراتژی سازمان خود اقدام به تهیه یک بسته نرم افزاری کامل برای خودش میکند که برای اعمال این استراتژی ، سازمان نیاز به مجموعه ای از متخصصین داخلی و خارجی در گرایشهای مختلف دارد و مهمترین فایده این استراتژی رسیدن به حداکثر تطابق بین سیستم و سازمان می باشد اما از نظر ریسک هزینه سازمان و وجود سختیها در بالاترین سطح در میان دیگراستراتژی های واقع است.
ایجاد سیستم داخلی به همراه ماژول های دیگر شرکت ها : این استراتژی ترکیبی از استراتژیهای قبلی است. دراین استراتژی بخشی از بسته درداخل سازمان تهیه می شود و بخشی دیگر توسط ماژول های دیگر فروشندگان وارد سازمان خواهد شد و این دو باهم یکپارچه می شوند که ریسک و زمانبری کمتری نسبت به استراتژی قبلی دارد اما بامشکل هماهنگی ماژول های داخلی با ماژول های خارج از سازمان مواجه خواهیم بود.
اجاره : دراین استراتژی که ساده ترین نوع استراتژی است یک بسته از شرکتی اجاره گرفته می شود و بایستی درقبال استفاده ماهیانه مبلغی را به شرکت اجاره دهنده پرداخت نماییم. در این استراتژی نمیتوان گفت که ارزانترین روش است زیرابستگی به موقعیت ومیزان هزینه اجاره و نوع شرکت اجاره دهنده دارد.
رایج ترین استراتژی از میان استراتژیهای هفت گانه استراتژی گزینش یک محصول خاص و تغییر وتطبیق آن با سازمان است و استراتژی رایج دیگر پیاده سازی کامل یک سیستم از یک شرکت خاص است و استراتژی ایجاد سیستم به صورت داخلی کمترین کاربرد در میان سازمانها رادارد.بایستی این امر را لحاظ کرد که انتخاب هراستراتژی ، وابسته به اندازه سازمان ، سطح در آمدی آن ، حد پیچیدگی فرایندها و میزان تلاطم و پویایی محیط میباشد.
انتخاب بسته نرم افزاری ERP یکی از مراحل استقرار سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان انتخاب نرم افزار مناسب است. طی فرآیند انتخاب نرم افزار از میان محصولات موجود در بازار موردی که بیشترین انطباق با نیازمندی های سازمان راداشته باشد انتخاب می شود. باتوجه به اینکه نیازمندی های سازمان در زمینه سیستم برنامه ریزی منابع سازمان بسیار تفصیلی و گسترده بوده ومحصولات ارائه شده نیز دارای ویژگی ها و قابلیتهای مختلفی هستند انتخاب نرم افزار در استقرار سیستم مقوله بسیارمهمی می باشد.
سیستم های برنامه ریزی منابع سازمان درابتدا عمدتا برای سازمان های تولیدی عرضه میشدند. لیکن در حال حاضر تولیدکنندگان این سیستم ها محصولاتی را منطبق بر نیازمندیهای صنایع خاص عرضه نموده اند . هم اکنون کمتر صنعتی را میتوان یافت که سیستم برنامه ریزی منابع سازمان در آن نفوذ نکرده وتوسعه نیافته باشد. در فرآیند انتخاب نرم افزار با توجه به کسب وکار اصلی و نیازمندی های کلیدی سازمان از میان محصولات موجود به جستجو پرداخته و محصول مناسب انتخاب می شود. در مراحل انتخاب نرم افزار بررسی می شود که در محدوده کسب وکار سازمان چه سیستم هایی عرضه شده اند و هر کدام دارای چه ویژگی ها وتوانمندیهایی می باشند بدون گذراندن دقیق مرحله انتخاب نرم افزار این ریسک وجود داد که محصولی نامناسب و غیر منطبق برنیازمندیهای سازمان انتخاب شود که این امر باعث می شود که در مراحل پیاده سازی واستقرار سیستم ، سازمان با مشکلات جدی روبرو گردد. هرچه محصول انتخاب شده با نیازمندی های سازمان انطباق بیشتری داشته باشد تغییرات اعمال شده در سیستم در مراحل آتی کاهش یافته و ریسک پیاده سازی و استقرار سیستم نیز به مراتب کمتر می شود.در صورتیکه کارکردهای سیستم با نیازمندی های سازمان منطبق نباشد باید یا فرآیندهای سازمان راتغییرداد تا با سیستم هماهنگ شود و یا اینکه سیستم را سفارشی نمود تا قابلیت پشتیبانی از فرآیندها را داشته باشد که در دوحالت زمان وهزینه پیاده سازی افزایش یافته و ریسک پیاده سازی سیستم نیز زیاد می شود همچنین در این حالت باتوجه به زیاد بودن حجم تغییرات احتمال مقاومت در مقابل تغییر کارکنان نیز افزایش می یابد ( فتحیان 1384).

—116

2-1- منطقه مورد مطالعه ........................................................................................................................................21
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی ...........................................................................................................................21
2-1-2- هوا و اقلیمشناسی ......................................................................................................................................21
2-2- روش تحقیق .....................................................................................................................................................22
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه ......................................................................................................22
2-2-2- تهیه نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .........................................................................................23
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه ................................................................................23
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا......................................................................................................................23
2-2-2-3- نقشه شیب................................................................................................................................................24
2-2-2-4- نقشه جهت شیب ..................................................................................................................................25
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما ..............................................................................................26
الف- بارش ....................................................................................................................................................................26
ب- رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه ...................................................................................................27
ج- رژیم حراتی ............................................................................................................................................................28
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه ......................................................................................28
2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف ........................................................................................28
2-2-3-1- مقدار بارش .............................................................................................................................................28
2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ......................................................................................................................29
2-2-3-3- شدت بارندگی .......................................................................................................................................29
2-2-3-4- رابطه ارتفاع و شدت بارش....................................................................................................................30
2-2-4- شرح تیپهای اراضی ..................................................................................................................................31
2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه سنگشناسی و حساسیت سازند به فرسایش....................................................31
2-2-5-1- چینهشناسی واحدهای رسوبی حوزه آبخیز سمبورچای ................................................................31
2-2-5-1-1- نهشتههای قبل از کرتاسه ...............................................................................................................31
2-2-5-1-2- نهشتههای کرتاسه ...........................................................................................................................32
2-2-5-1-3- نهشتههای پالئوسن- میوسن .........................................................................................................32
2-2-5-1-4- نهشتههای الیگوسن- میوسن ........................................................................................................32
2-2-5-1-5- نهشتههای کوارترنر ..........................................................................................................................34
2-2-6- تعیین نفوذپذیری خاک .............................................................................................................................34
2-2-7- گروه هیدرولوژیکی خاک ...........................................................................................................................36
2-2-7-1- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS .....................................................................................36
2-2-8- تهیه نقشه شاخص پوشش گیاهی ..........................................................................................................37
2-2-9- نقشه نوع استفاده از اراضی .......................................................................................................................38
2-2-10- تقسیمبندی حوزه به واحدهای هیدرولوژیکی و واحد کاری مناسب ............................................38
2-2-11- تعیین مساحت حوزه آبخیز سمبورچای و واحدهای هیدرولوژیک آن .........................................39
2-2-12- رتبهبندی آبراهههای حوزه آبخیز .........................................................................................................40
2-2-13- طول آبراهه اصلی .....................................................................................................................................41
2-2-14- تعیین ضریب شکل زیرحوزههای مورد مطالعه...................................................................................41
2-2-15- تعیین رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال
و 10 سال ......................................................................................................................................................................41
2-2-16- برآورد مقادیر رواناب در هر یک از واحدهای هیدرولوژیک .............................................................42
2-2-16-1- رابطه جاستین .....................................................................................................................................43
2-2-17- برآورد حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبورچای...........................................................44
2-2-18- محاسبه زمان تمرکز ................................................................................................................................44
2-2-19- نیمرخ طولی آبراهه اصلی و شیب آبراهه اصلی حوزه........................................................................46
2-2-20- برآورد دبی پیک سیلاب .........................................................................................................................46
2-3- بررسی صحت و دقت نقشهها ........................................................................................................................47
2-4- تحلیل دادهها.....................................................................................................................................................47
2-4-1- مدل وزنی طبقهبندی شده .......................................................................................................................47
2-4-2- روش مقایسه زوجی سلسله مراتبیAHP ..............................................................................................48
2-5- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب .........................................................................................51
2-6- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر .....................51
فصل سوم: نتایج
3- نتایج تحقیق و بحث در مورد آنها ....................................................................................................................53
3-1- طبقهبندی اقلیمی ...........................................................................................................................................53
3-2- نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .......................................................................................................53
3-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف .............................................................................................60
3-3-1- مقدار بارش ..................................................................................................................................................60
3-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ..........................................................................................................................60
3-3-3- شدت بارندگی ..............................................................................................................................................61
3-4- نتایج مطالعات شدت بارش ............................................................................................................................62
3-5- تیپهای اراضی .................................................................................................................................................65
3-6- نقشههای سنگشناسی و حساسیت سازندها به فرسایش .......................................................................65
3-7- نتایج مطالعات نفوذپذیری خاک ...................................................................................................................67
3-8- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS ...............................................................................................71
3-9- نقشه شاخص پوشش گیاهی .........................................................................................................................72
3-10- نتایج بررسی واحدهای کاری مناسب .......................................................................................................73
3-11- تهیه نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10
سال و مقادیر آن در هر واحد هیدرولوژیکی ..........................................................................................................76
3-12- رواناب تولیدی از واحدهای هیدرولوژیکی ...............................................................................................78
3-13- زمان تمرکز ....................................................................................................................................................80
3-14- دبی پیک سیلاب ..........................................................................................................................................81
3-15- وزندهی به پارامترها ...................................................................................................................................82
3-16- معیار الویتبندی دادهها ...............................................................................................................................82
3-17- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال رواناب .............................................................................85
3-18- حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبور چای ..........................................................................87
3-19- نقشه رواناب خالص تولیدی در منطقه ...................................................................................................89
فصل چهارم: بحث و نتیجهگیری
4-1- بحث و نتیجهگیری .........................................................................................................................................91
4-2- محدودیتهای پژوهش....................................................................................................................................94
4-3- نتیجهگیری کلی ..............................................................................................................................................95
4-5- پیشنهادات...........................................................................................................................................................96
منابع ..............................................................................................................................................................................98
پیوست ........................................................................................................................................................................103
فهرست اشکال
عنوان اشکالصفحه
شکل 3-1: نقشه مدل رقومی ارتفاعی54شکل 3-2: نقشه کلاسهبندی شیب55شکل 3-3: نقشه کلاسهبندی ارتفاعی56شکل 3-4: نقشه جهت طبقه بندی شده در 5 طبقه57شکل 3-5: نقشه کاربری اراضی58شکل 3-6: نقشه مدل رقومی بارش59شکل3-7: نقشه طبقات بارش در 5 کلاس ............................................................................................................59
شکل 3-8: نقشه مدل رقومی دمای متوسط سالانه60شکل 3-9: نقشه طبقات دمایی در 3 کلاس .........................................................................................................60
شکل 3-10: منحنی شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61شکل 3-11: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف62شکل 3-12: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..........................62
شکل 3-13: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف63شکل 3-14: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال ب ....................................63
شکل 3-15: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف63شکل 3-16: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب ..................................63
شکل 3-17: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف64شکل 3-18: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب .................................64
شکل 3-19: نقشه سازند زمین شناسی حوزه آبخیز سمبورچای67شکل 3-20: منحنی تغییرات سرعت نفوذ نسبت به زمان70شکل 3-21: سرعت نفوذ طبقهبندی شده در حوزه آبخیز سمبورچای71شکل 3-22: نقشه گروهبندی هیدرولوژیکی خاک در حوزه آبخیز سمبورچای72شکل 3-23: نقشه مقادیر NDVI در حوزه آبخیز سمبورچای73
شکل 3-24: نقشه زیر حوزهها و اطلاعات کلی حوزه آبخیز سمبورچای74شکل 3-25: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل الف76
شکل 3-26: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..................76
شکل 3-27: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل الف77شکل 3-28: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل ب ..............77
شکل 3-29: پروفیل طولی آبراهه اصلی حوزه آبخیز سمبورچای80شکل 3-30، منحنی هیستوگرام جهت طبقه بندی پتانسیل تولید رواناب86شکل 3-31: طبقه بندی اراضی برای استحصال رواناب87شکل 3-32، نقشه حجم رواناب تولیدی در هر زیرحوزه88شکل3-33: نقشه رواناب خالص89فهرست جداول
عنوان جدولصفحه
جدول (2-1): طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده.......................................................................22
جدول (2-2): مشخصات ایستگاههای بارانسنجی........................................................................................26
جدول (2-3): میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی......27
جدول (2-4): مقیاسی برای مقایسه زوجی (مالکوسکی، 1999).......49
جدول 3-1: ضرایب خشکی دومارتن و نوع اقلیم درچند ایستگاه حوزه آبخیز سمبورچای53جدول 3-2: متوسط شیب درهر زیر حوزه به درصد55جدول 3-3: متوسط ارتفاع زیرحوزهها56جدول 3-4: مساحت کاربریهای مختلف اراضی58جدول 3-5: متوسط بارش سالانه در هر زیرحوزه به میلیمتر59جدول 3-6: درجه حرارت متوسط سالانه زیرحوزههابه درجه سانتیگراد60جدول (3-7)، محاسبه متوسط بارش سالانه ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع پیرسون III103جدول (3-8) محاسبه حداکثر بارش 24 ساعته ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع گمبل I104جدول 3-9: محاسبه عددی رابطه شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61جدول 3-10: شرح تیپهای اراضی حوزه آبخیز سمبورچای65جدول 3-11: راهنمای نقشه زمینشناسی و ضریب مقاومت سنگها به فرسایش66جدول 3-12: مقادیر رطوبت اولیه خاک در محل نمونهبرداری68جدول 3-13: مقادیر سرعت نفوذ لحظهای در آقامحمدبیگلو69جدول 3-14: متوسط سرعت ثابت نفوذ در زیرحوزهها بر حسب سانتیمتر بر ساعت70جدول 3-15: گروههای هیدرولوژیکی خاک در منطقه مورد مطالعه72جدول 3-16: مقادیر متوسط NDVI در هر زیرحوزه73جدول 3-17:پراکنش وسعت واحدهای کاری حوزه سمبورچای74جدول 3-18: رده آبراههها و طول آبراهه اصلی در هر زیرحوزه75جدول 3-19: مقادیر ضریب گراویلیوس در زیرحوزه75جدول 3-20: مقدار رواناب حاصل از شدت بارشهای نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال77جدول 3-21: مقادیر حداکثر، حداقل و متوسط رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال در حوزه آبخیز سمبورچای78جدول 3-22: متوسط بارش سالانه و فصلی حوزه آبخیز سمبورچای به میلیمتر78جدول 3-23: متوسط بارش سالانه و فصلی در زیرحوزههای منطقه مورد مطالعه79جدول 3-24: ارتفاع رواناب فصلی حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب سانتیمتر79جدول 3-25: ارتفاع رواناب سالانه زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر79جدول 3-26: ارتفاع رواناب فصلی زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر80جدول 3-27: زمان تمرکز حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-28: زمان تمرکز زیرحوزههای حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-29: برآورد دبی پیک سیلاب با استفاده از روش دیکن81جدول 3-30: برآورد ضریب هر یک ازپارامترها درAHP82جدول 3-31: برآورد رابطه رگرسیونی بین جفت پارامترها83جدول 3-32: نتایج همبستگی مقایسه زوجی پارامترهای موثر در استحصال رواناب85جدول (3-33): مساحت و درصد طبقات87جدول 3-34: حجم رواناب سالانه و فصلی برای حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب مترمکعب88جدول 3-35: حجم رواناب سالانه زیرحوزهها بر حسب مترمکعب88جدول 3-36: حجم رواناب فصلی زیرحوزهها بر حسب مترمکعب .........................................................89 فصل اول
مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته

1-1- مقدمه
مراتع یکی از مهمترین و با ارزشترین منابع طبیعی تجدیدشونده میباشند که نقش بسیار مهمی در حفاظت خاک، تولید آب، تولید گوشت و مواد لبنی دارند. علاوه بر آن محصولات فرعی مرتع همچون محصولات دارویی، صنعتی، خوراکی، حفظ حیاتوحش، تلطیف هوا، پایداری محیط زیست و نیز ذخیره ژنهای گیاهی از جمله استفادههای دیگری است که ارزش حاصل از آنها به مراتب از ارزش تولید علوفه‌ بیشتر بوده است (مقدم، 1377). بنابراین توجه به استفادههای چندگانه آن از طریق افزایش تولید و کاهش تخریب مراتع با بهرهبرداری صحیح و انجام عملیات اصلاح و احیاء امری ضروری و اجتنابناپذیر است.
به دلیل واقع شدن ایران در مناطق خشک و نیمهخشک کره زمین، تأمین آب شیرین سالم و کافی همواره مشکل بوده است. این واقعیت، سختی زندگی مرتعداران و مدیریت دام و بازدهی پایین تولید علوفه در مراتع را به دنبال داشته است. در مراتع مناطق جغرافیایی خشک و نیمهخشک دسترسی به آب مهم‌ترین اولویت است. این اهمیت فقط برای مصرف گلههای دامی نیست بلکه به خاطر زیستن و بقاء مرتع داران در این مناطق جغرافیایی نیز میباشد. مالکیت و حق استفاده از منابع آبی در این مناطق حداقل به اندازه حق بهرهبرداری از مراتع دارای اهمیت است. به همین دلیل آب اساسیترین نیاز بهرهبرداران از مراتع در مناطق خشک و نیمهخشک است (ایفاد، 2004).
در مراتع و به خصوص مراتع قشلاقی کشور، بحران کمبود آب برای مصرف انسان و شرب دام همیشه وجود داشته است. به طوری که بیان میشود ظرفیت مراتع برای تغذیه احشام در بسیاری از مراتع نقاط خشک بیشتر به علت کمبود آب آشامیدنی محدود میشود تا کمبود علوفه (آکادمی ملی علوم واشنگتن، 1364). استحصال آب تمیز از بارندگیهای خیلی کم و همچنین ذخیره کردن آب جمع آوری شده در یک منبع، از مزایای روش جمعآوری رواناب به شمار میآید (پیترسون، 1366). برخی دیگر نیز به کارگیری آب باران را برای رسیدن به توسعه پایدار منابع آب لازم میدانند و استفاده از آن را یک فنآوری کوچک مقیاس اقتصادی و کاربردی میدانند که در مناطق خشک و نیمهخشک به طور معنیداری به حفظ طبیعت و اکولوژی نیز کمک میکنند (اندرو، 2000). کشور ایران در منطقهای واقع است که متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم میزان بارندگی سالیانه جهان است و میزان آن 250 میلی‌متر گزارش شده است (کردوانی، 1379؛ محسنی ساروی، 1376).
رواناب آبخیزهای مرتعی از چند جهت دارای اهمیت میباشند. رواناب وقتی که در مخازن ذخیرهای جمع میشود، آب مصرفی دام را تأمین میکند. همچنین منبع آبی برای مناطق پاییندست یا مصارف محلی، صنعتی و کشاورزی در خارج از حوزه آبخیز را فراهم مینماید. رواناب به دلیل اینکه موجب شروع فرسایش، انتقال رسوب و مواد حل شدنی در درون رودخانه یا سد میباشد دارای اهمیت است. بنابراین، رواناب بیشترین آلودگی وارد شده به مسیر آب را تولید مینماید (محسنی ساروی، 1387).
جمعآوری آب باران، با اهداف و انگیزههای گوناگونی صورت میگیرد که هدف اصلی آن، بهینهسازی و مدیریت بهرهبرداری از آب باران بر اساس نیاز و مصرف است. بدین معنی که چون باران همواره و هر روز نمیبارد و یا بارش ناکافی است، از آن بهره برد. بدین ترتیب هر جامعه و هر کشوری که در این زمینه قدمهای بزرگ‌تر و مؤثرتری بردارد، موفقتر و آبادتر خواهد بود (طهماسبی و همکاران، 1385). جمعآوری آب باران نه تنها برای تأمین آب در ایام و روزهای بدون باران است، بلکه برای کنترل جریان رودخانهها و جلوگیری از آسیب رساندن به نواحی مسکونی و زراعتی پاییندست هم صورت میگیرد. همچنین برای تولید انرژی (برق) یا پرورش آبزیان جمعآوری میشود. در بسیاری از مناطق خشک و نیمهخشک با جمعآوری آب باران و تنظیم آن در بالادست حوزههای آبخیز، برای تقویت و بهبود عملکرد محصولات دیمکاری برنامهریزی میشود. بخشی از طرحهای آبخیزداری با همین هدف و نیز حفاظت آب و خاک صورت میگیرد. به این ترتیب امکان کوتاه کردن دورههای خشک به وجود میآید و دوره خشک سه ماهه، به دو ماه یا کمتر تقلیل مییابد و صدمه وارد شده به محصول یا هر نوع پوشش گیاهی کاهش پیدا میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). امکان دارد جمعآوری آب باران برای تغذیه سفرههای آب زیرزمینی، چشمهها و قناتها باشد. برای این کار، در بالادست قنوات و چشمهها در آبراههها، با احداث بندهای کوتاه، ولی متعدد از حرکت و خروج سریع رواناب جلوگیری میشود. این سیلابها به تدریج در زمین نفوذ میکنند و باعث افزایش آب‌دهی قناتها و چشمهها میشوند و در نتیجه، از تبخیر آب و آلودگی آب جلوگیری میکنند. به علاوه افت سطح ایستایی را، که امروزه مسئله مبتلا به اکثر دشتهای کشور ما است را تا حدودی جبران میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). استحصال آب عبارتست از جمعآوری و ذخیره نمودن بارش در زمینی که در آن به منظور افزایش رواناب تغییراتی اعمال شده است (مایرز، 1964).کوریر (1973) جمعآوری آب را فرآیند جمعآوری بارش طبیعی از آبخیزها برای استفاده مفید تعریف کردند.
مفاهیم هیدرولوژیکی قرار دادی نخستین بار در سالهای 1930 و 1940 زمانی که منابع جریان بالادست رودخانهها به عنوان عاملی موثر بر جریانهای پایین دست مورد توجه قرار گرفته بودند، توسعه یافته است. از آنجایی که اغلب فعالیتهای مربوط به کاربری اراضی با سوء استفاده از منابع و اثرات منفی بر پایین دست رودخانهها همراه میباشد لذا یک مبنای مناسب برای تصمیمگیری ضروری به نظر میرسد. مفهوم سطح منبع متغیر محدوده کاملی از جریانات دامنهای را در بر میگیرد. واقعیت این است که این مفهوم یک سیستم پویا و دینامیک است که دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری میباشد و در شرایط بحرانی مختلف، وضعیتهای متفاوتی را در مسیرهای متنوع ارائه مینماید. پویایی جریانهای سیلابی تابعی از طول شیب و موقعیت گذرگاهها است. همچنین تراکم زهکشهای پویا در سطح حوزه در این امر بیتاثیر نخواهد بود به طوری که در طول یک بارش سنگین، تراکم زهکشی و طول شیب نقش فعالی را ایفا مینماید. تمام قسمتهای سطح یک حوزه آبخیز به طور مساوی در ایجاد رواناب دخالت ندارند. بسیاری از محققین درباره مفهوم سطح منبع متغیر تولید جریان رودخانهای، گزارشهای بسیاری را ارائه نمودهاند. در واقع این مفهوم فرض میکند که مناطق خاصی از سطح آبخیز در ایجاد رواناب دخالت دارند در صورتی که مناطق دیگر به عنوان مناطق تغذیه کننده و ذخیره کننده عمل میکنند (هولت، 1974). عوامل مهمی که در تعیین سطح تولید کننده رواناب دخالت دارند شامل وضعیت فیزیکی آبراهه، خصوصیات خاک و رگبار میباشد. کف درهها عموماً مناطقی هستند که در تولید رواناب دخالت دارند در حالی که سر یالها مناطق تغذیه کننده میباشند. مناطق بین کف درهها و سر یالها اغلب به عنوان مناطق دینامیکی مطرح میباشند که ممکن است در تولید رواناب یا در تغذیه آن شرکت نمایند. این مسأله بستگی به مقدار و خصوصیات موقتی رگبار، رطوبت قبلی و خصوصیات خاک منطقه دارد. میتوان گفت مناطق منبع، مناطقی هستند که پتانسیل بالایی برای تولید رواناب حتی با مقدار کمی بارش را دارند که میتوان با استفاده از سطح منبع متغیر، مناطق منبع یا مناطق تولید کننده رواناب را شناسایی و برای کنترل آلودگیها، استحصال رواناب، کودپاشی و دفع فاضلاب و مواد زائد کشاورزی استفاده کرد. همانطور که میدانیم برای حفظ کیفیت خاک در مراتع و تولید خوب علوفه نیاز به کودپاشی همواره احساس میگردد. با مشخص کردن مناطق تولید کننده رواناب میتوان مدیریت درست و اصولی را برای کودپاشی در نظر بگیریم و مناطق مورد نظر را با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. همچنین یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع و چرای بیش از حد مراتع، کمبود منابع آب در مراتع نمیباشد بلکه عدم توزیع یکنواخت منابع آبی در سطح مراتع میباشد که پس از مشخص شدن عرصههای تولید رواناب میتوان مدیریت جامعی را برای توزیع آبشخوار در مراتع انجام داد. از اهمیت دیگر تعیین سطح منبع متغیر جلوگیری از آلودگی در پایین دست حوزه آبخیز میباشد که با شناسایی مناطق منبع میتوان رواناب را در بالا دست حوزه آبخیز کنترل کرد. با دانستن این موضوع آبخیزدار قادر خواهد بود مناطقی را که میتوان با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که در آن‌ها چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. با همین روش مناطق مطمئن برای ریختن آشغال و فاضلاب، مواد زائد کشاورزی و دفن به آسانی انتخاب میشوند (محسنی ساروی، 1387).
1-2- هدف و ضرورت تحقیق:
امروزه تلاشهای بسیاری در جهت کاهش زمان و هزینههای مربوط به مکانیابی و تعیین مناطق بالقوه برای معرفی تکنیکهای جمعآوری در نواحی که نیازمند این فرآیند است مانند اکوسیستمهای کشاورزی آبی و دیم صورت پذیرفته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، رویکرد مناسبی را ارائه مینماید، زیرا این سامانه قابلیت پردازش ساختارهایی برای جمعآوری، ذخیرهسازی، تحلیل و تبدیل دادههای مکانی و زمانی را به منظور اهداف خاص را دارا میباشد (پادماواتی و همکاران،1993؛کوسکان و موساگلو،2004). پیشرفت تکنولوژیهای کامپیوتری و بستههای GIS ای، امکان ارزیابی و درونیابی دادهها را در محدودههای تخصصی به منظور مدیریت مکانی و آنالیز دادهها را برای کاربران فراهم میسازد. بنابراین ترکیبی از خصوصیات مکانی حوزهها، راندمان بالاتری را در پردازش هیدرولوژیکی منطقه به همراه دارد. بدین ترتیب پتانسیل کاربرد GIS برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی به ویژه هنگامی که دقت و صحت مدلسازی توسط برآوردهای توزیع مکانی و زمانی پارامترهای منابع آبی تحت تأثیر قرار گرفته باشد قابل ارزیابی میباشد (کلارک و گانگوداگامگ، 2001).
برای مشخص کردن مکان مناسب اجرای برنامههای مختلف با استفاده از GIS لازم است به شرایط مورد نیاز برای هر برنامه توجه شود و سپس نقشههای مختلف را با هم تلفیق کرد تا مکان مناسب اجرای طرحها مشخص شود. از اینرو انجام این پژوهش میتواند دستورالعمل مناسبی را در اختیار مرتعداران جهت تأمین آب از طریق روشهای استحصال آب باران قرار دهد. استفاده از GIS علاوه بر افزایش دقت، سبب افزایش سرعت انجام کار، تنوع و کیفیت بهتر ارائه نتایج، کاهش هزینهها، بایگانی و تکثیر راحتتر آن‌ها میگردد. بنابراین این پژوهش با اهداف زیر صورت گرفته است:
1- کارآیی GIS در مدیریت منابع طبیعی برای ذخیره ، تجزیه و تحلیل ، تلفیق دادهها و ارائه نتایج حاصل از اطلاعات، با تأکید بر ذخیره نزولات آسمانی در سطح مراتع.
2- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال آب باران در سطح حوزه آبخیز.
3- توزیع و مدیریت مناسب آب باران با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر.
1-3- تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن
در نظر عامه استحصال آب به صورت زیر تعریف میشود: جمعآوری روانابها از سطح بامها، زمینها و همچنین آبهای گذران فصلی جهت استفاده از روانابها.
جمعآوری آب باران عبارت است از مجموعه اقدامات و عملیات و فعالیتهایی که به ذخیره شدن روانابهای سطحی ناشی از بارش در داخل بانکتها، سطح تراسها و درون حوضچهها و استخرهای ذخیرهی آب برای مصارف گوناگون منجر میشود. این آب برای آبیاری محصولات و مصارف خانگی و ... ذخیره میشود تا در ایام بیباران، کمبود آب حدالامکان جبران شود (طهماسبی و همکاران ، 1385).
در تعریف جمعآوری آب باران بین متخصصان آبشناسی و آبیاری اختلاف نظر وجود دارد. بعضی از این کارشناسان حتی احداث سدهای مخزنی را هم در زمرهی کارهای جمعآوری آب باران میدانند (کلاف،1979). بسیاری از تحقیقات در هند و پاکستان و فلسطین اشغالی نشان میدهد که تلاش اصلی در این جهت است که مردم ساکنان مناطق خشک و نیمهخشک، با فناوری و روشهایی آشنا شوند که از بارندگی موجود با ایجاد رواناب بیشتر، جمعآوری مناسب، ذخیرهی سریع‌تر و عملیتر و محافظت در مقابل تبخیر و هدررفت، به آب بیشتری دسترسی پیدا کنند و امکان استمرار زندگی آن‌ها با حفظ الگوی کشاورزی و دامپروری محقق گردد (حسینی ابریشمی، 1373).
باید توجه داشت در اکثر مناطقی که آب به اندازهی کافی وجود ندارد، به دلیل تراکم کم جمعیت، زمینهای بسیاری وجود دارد، در نتیجه حداقل 5 تا 20 برابر آنچه که میتوان با آب باران موجود و آب زیرزمینی و ... به زیر کشت برد، زمین موجود است. بنابراین امکان تخصیص بخشی از اراضی برای جمعآوری رواناب و سیلاب در بسیاری از این مناطق وجود دارد (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران به روشهای گوناگونی انجام میشود. در مناطق خشک و نیمهخشک، کمبود آب با جمعآوری آب باران تا حدودی قابل جبران است، این کار شامل ایجاد رواناب، جمعآوری و ذخیره و حفاظت از آب ذخیرهشده است تا به مصرف گیاه و محصول مورد نظر برسد، یعنی از یک طرف در حد امکان در عمق ریشه و در دسترس ریشه ذخیره شود و از طرف دیگر در سطح خاک خیلی راکد باقی نماند که تبخیر شود (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران در مفهوم گسترده، کلیه روشهای مربوط به متمرکز کردن، ذخیرهسازی و جمعآوری رواناب حاصل از آب باران را به منظور مصارف خانگی و کشاورزی را دربر میگیرد (راکشتورم، 2000؛ شودرلند و فن، 2000). این سیستمها میتوانند در سه گروه عمده طبقهبندی شوند: 1- حفظ رطوبت در مکان (حفاظت آب و خاک) 2- تمرکز رواناب به منظور کشت محصولات در سطح زمین 3- جمعآوری و ذخیره رواناب از سقفها و سطح زمین (در ساختارهای مختلف به منظور مصارف خانگی و کشاورزی) (فالکن مارک و راکشتورم، 2004).
استفاده تولیدی نیز شامل تأمین آب شرب و ذخیره آن، تمرکز روانابها برای گیاهان، درختچهها و درختان و یک استفاده کمتر متداول یعنی پرورش ماهی و اردک میباشد.
واژه استحصال آب برای اولین بار توسط گدس (1963) به کار برده شد، اگر چه این واژه یک واژهی هیدرواگرونومی است، اما هنگامی که برای مهار رواناب سطحی به کار برده شود، میتوان آن را جزو واژگان هیدرولوژی به حساب آورد. علت این امر مبتنی بر توان بالقوه استحصال آب در تأمین و حفاظت آب، مهار سیلابها و فرسایش خاک است. مایرز (1975) و پاسی و کالیس (1986) بر اساس تعریف گدس، "جمعآوری و ذخیره هر نوع رواناب سطحی برای مصرف در کشاورزی" را استحصال آب نامیدهاند.
تعاریف فوق هر چند دارای مفهوم گستردهای است اما بیانگر تعریف کاملی از استحصال آب نمیباشد، زیرا جمعآوری و ذخیره روانابهای سطحی تنها نمیتواند با هدف مصرف آب برای کشاورزی و محدود به آن باشد. از این رو متخصصین زیادی سعی در ارائه‌ی تعاریف جامعتر و گویاتر بعد از تعریف ارائه شده توسط گدس نمودند. به نحوی که هر یک با هدف ویژه مورد نظر خود تعاریفی را بیان داشتهاند (اسمعلی و عبداللهی، 1389).
پاسی و کالیس (1986) با محدود کردن موضوع استحصال آب به جمعآوری آب باران و روانابهای ناشی از آن از طریق احداث سطوح آبگیر کوچک مقیاس که نزولات جوی مستقیما بر آن‌ها نازل میشود، به صورت "جمعآوری و ذخیره آب باران در محل نزول، جهت تأمین آب برای مصارف مختلف" تعریف کردهاند.
مایرز (1964) بیان داشت "به فرآیند جمعآوری و ذخیره بارش از زمینی که به منظور افزایش رواناب حاصل از باران و ذوب برف دست‌کاری شده باشد" را استحصال آب گویند.
هادسون (1981) با ارائه تعریف مشابه، استحصال آب در محل نزول ریزشهای جوی و در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی را به عنوان استحصال آب برای تأمین و حفاظت آب تلقی نموده است.
با توجه به تعاریف فوق استحصال آب مشتمل بر جمعآوری ذخیره و بهرهبرداری از آبهای جمعآوری شده است که منشأ آبهای استحصالی نیز بارشهای جوی و روانابهای ناشی از آن‌ها در اولین مراحل تشکیل و قبل از پیوستن به رودخانههای دائمی است.
الگوهای بارش در نواحی نیمهخشک از لحاظ پراکنش مکانی و زمانی، غیرقابل پیشبینی هستند. بنابراین برای دستیابی به یک مدیریت موفق، کنترل رواناب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد (امبیلینی و همکاران، 2000). گذشته از این، با توجه به اینکه در چنین مناطقی، حجم اندکی از بارندگی به ناحیه ریشه میرسد، تولید ضعیف محصول و حتی در برخی موارد، عدم موفقیت محصول میتواند از جمله عوامل محدود کننده در چنین مناطقی باشد که استحصال آب از رواناب باران می‌تواند به مشکل کم آبی در منطقه کمک کند (راکشتورم ،2000). مورد دیگر مربوط به توزیع بارندگی میباشد. توزیع بارندگی فرآیندی در خصوص تکرار بارش در فصل خشک میباشد که در چنین مناطقی قابلیت دسترسی آب در خاک در طول فصل رشد، ضعیف میباشد (راکشتورم، 2000). این امر موجب کاهش پتانسیل تولید محصول و در شدتهای زیاد موجب افزایش خطر نابودی محصول میگردد. به این ترتیب کنترل و جمعآوری رواناب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا حجم رواناب دریافتی میتواند به طور موثری برای حمایت از محصولات کشاورزی طی یک روش محیطی و اقتصادی مناسب، بهرهبرداری گردد (زیادت و همکاران، 2006).
این واقعیت که بارش باران در مناطق خشک و نیمهخشک بسیار ناچیز است و یک میلی‌متر آب ذخیره شده برابر یک لیتر در مترمربع است. اهمیت ذخیرهی آب، جدا از مقدار آب جمعآوری شده، مشخص میشود. از میان سه عامل خاک، آب و انرژی خورشیدی، آب مهمترین عامل محدود کننده تولیدات گیاهی در مناطق خشک است. در بسیاری از نقاط کشور به علت عدم وجود منابع با کیفیت مناسب آب، زندگی و حیات عدهی زیادی از مردم به بهرهبرداری از رواناب و استحصال آب بستگی دارد. به عنوان مثال در منطقه چابهار جمعیتی معادل 338407 نفر از طریق استفاده از رواناب و سیل که با مشارکت اهالی احداث شده، به حیات خود ادامه میدهند (ازکیا، 1374). در شهرستان بیرجند، 82 هزار هکتار اراضی دیم گندم با استفاده از آب باران و بندسار به وجود آمده است. در گناوه حوزه آبخیز درهی گپ، با استفاده از بندسارها به کشت خرما اشتغال دارند (صفاری، 1383). در کل منافعی که مردم از جمعآوری آب دارند، بر زندگی اجتماعی و اقتصادی آن‌ها موثر است و نقش کلیدی در احیا و جلوگیری از تخریب زمینها توسط فرسایش آبی و بادی و ایجاد زمینهای بایر دارد.
هنگامی که استحصال آب برای ذخیرهسازی آن در توده خاک مد نظر باشد، در این صورت سهولت دسترسی گیاهان به آب را دنبال خواهد داشت. نتایج تحقیقات انجام شده بر این نکته تاکید دارند که میزان آب موجود در پروفیل خاک، به ویژه در عمق سطحی خاک، تابعی از رطوبت موجود در عمقهای زیرین است و استحصال ریزشهای جوی در محل نزول، عامل اصلی در افزایش رطوبت مورد نیاز گیاهان در محل استقرار آن‌ها تلقی میشود. این موضوع در شرایطی که میزان بارندگی در فصل رشد گیاهان کافی نباشد، از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و ذخیره رطوبت در خاک در فصول پرباران تا حد قابل توجهی نیاز گیاهان را تأمین میکند (راویتز و همکاران، 1981).
در انتخاب روش، قبل از هر چیز جنبههای فرهنگی و اجتماعی باید مورد توجه قرار گیرد، زیرا در موقعیت و شکست فنآوریها اثر میگذارد. از این رو باید به خواستها و علائق مردم و همچنین هزینههای لازم توجه خاص به عمل آید. علاوه بر ملاحظات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی، در یک برنامه استحصال آب رعایت جنبههای فنی که باعث پایداری میشود، از اهمیت والایی برخوردار است و باید مورد توجه قرار گیرد.
با توجه به اهمیت جمعآوری آب باران در ایران و استفاده از آن در کشاورزی و شرب به چند نکته اشاره میکنیم:
1- هدر رفتن 40 تا 50 میلیارد متر مکعب در سال از آبهای سطحی کشور.
2- فروکش کردن سطح سفره آب زیرزمینی و ضرورت تغذیه بیشتر آن.
3- شور شدن اراضی در بعضی از مناطق مثل خوزستان که رواناب کشور به دلیل جمعآوری نشدن در بالا دست، به آن مناطق سرریز و باعث شور شدن اراضی میشود.
4- ضرورت ایجاد اشتغال در حوزه کشاورزی و منابع طبیعی کشور و تأمین آب در حکم اولین عامل مورد نیاز و اولین عامل امکانسنجی.
5- ضرورت افزایش سرانه پوشش جنگلی که در جهان 7/0 تا 8/0 هکتار برای هر نفر و در ایران 2/0 یا کمتر از آن برای هر نفر است.
6- حفاظت خاک و حفظ حجم مفید مخازن سدهای ساخته شده و در دست احداث.
7- عقب بودن سیستم شبکههای آبیاری و زهکشی، به طوری که از حدود 26 میلیارد مترمکعب جمعآوری شده به کمک سدها، تنها 6 میلیارد مترمکعب در سیستمهای مهندسی آبیاری و زهکشی جریان مییابد.
8- وسعت کشور و اهمیت حفاظت آن در همه مناطق مستعد از نظر بهرهبرداری و مسائل امنیتی.
9- اهمیت سرمایهگذاریهای کوچک با جمعآوری آب باران، به خصوص در مناطق محروم.
10- اهمیت جمعآوری آب از نظر مسائل زیست محیطی تا بسیاری از آلودگیهای وارد شده به سدها را کنترل کند. مثال بارز این آلودگی، سد قشلاق سنندج است که در اثر جریانهای فصلی، آلوده شدهاست.
11- کنترل و مهار رواناب برای کنترل سیلاب و کاهش خسارتهای وارد شده به اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی و ساختمانها و تأسیسات راهها.
1-4- مزایای بهرهگیری از سیستمهای استحصال آب
تحقیقات نشان داده است که اگر از سیستمهای بومی موجود استفاده شود و اطلاعات جدید به استفادهکنندگان انتقال یابد و انجام روشها هدفمند باشد، به بهینهسازی مصرف آب کمک میکند (اسمعلی و عبداللهی، 1389) به طوری که:
برای بیابانزدایی نیازمند به برنامهریزی دراز مدت است. با احیا و توسعهی سیستمهای استحصال آب، بین مقابله با بیابانزایی و توسعه استفاده از منابع آب، هماهنگی به وجود میآید.
باعث هماهنگی بین منافع اکولوژیکی، اقتصادی و اجتماعی میشود. زیرا که به افزایش پوشش گیاهی، بهبود وضع معیشتی و ایجاد مشارکت و همدلی بین مردم میانجامد.
با اجرای این شیوه یک مدیریت تدریجی در منابع حاصل میشود.
انجام پروژه به خودکفایی و احیای اقتصادی منجر و باعث تداوم برنامهها و مدیریت بیشتر میشود.
از تخریب مراتع و فرسایش خاک جلوگیری میشود.
راندمان استفاده از منابع افزایش مییابد.
اراضی تخریب یافته و زمینهایی که منشا رسوباند، با هزینه کمی احیا میشوند.
برداشت از سفرههای زیرزمینی کاهش یافته و بین برداشت و تغذیه هماهنگی به وجود میآید و روند شوری کاهش مییابد (به واسطهی استفاده از آب با کیفیت بالا).
1-5- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
برنامهریزی جهت انجام هر کاری نیازمند داشتن اطلاعات مربوط به آن است که این نیازمندی برای استفادههای انسان از سرزمین نیز صادق است. بدون داشتن اطلاعات مربوط به منابع اکولوژیکی اساساً نمی‌توان بخشهای دیگر فرآیند برنامهریزی استفاده از سرزمین را انجام داد. گردآوری اطلاعات در ابتدا با آماربرداری و نمونهبرداری از منابع انجام میشد، اما برنامهریزی دقیق و بهتر نیازمند اطلاعات مکانی از منابع یا اطلاعات فضایی منابع میباشد که آن را برنامهریزی با نقشه میگویند. سیستم اطلاعات جغرافیایی در دهه 1970 برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از دادههای جغرافیایی توسعه یافتند. مرور علمی بر به کارگیری GIS در جهان نشان میدهد که طراحی و توسعه این سامانه در سال 1963 در کانادا آغاز شد و در سال 1965 به صورت اجرایی در آمد. اولین نمونه GIS در کشور کانادا تحت عنوان CGIS نامیده شد. در حال حاضر این سیستم در بسیاری از کشورهای جهان به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. گستردگی مفهوم و زمینههای کاربرد این سامانه موجب شده است تا واژهGeo Information Sys-- نیز به آن اطلاق و به طور روزافزونی در منابع علمی مورد استفاده قرار میگیرد. لازمه استفاده از GIS داشتن دانش کافی از مبانی، اصول و سازماندهی آن است و نیز آگاهی از قابلیتها و محدودیتهای آن میباشد (مخدوم، 1380).
1-5-1- تعریف GIS
برای GIS تعاریف مختلفی ارایه شده است که به برخی از آن‌ها اشاره میگردد:
مجموعهای از ابزارهای قوی برای گردآوری، ذخیرهسازی، بازخوانی، تغییر شکل و نمایش دادههای مکانی مربوط به جهان واقعی و برای اهداف مشخص میباشد (بوروغ، 1996).
GIS یک سیستم کامپیوتری برای ورود، ذخیرهسازی، بازیابی، آنالیز و نمایش دادههای مکانی است (کلارک، 1986).
به طور کلی GIS برای جمعآوری و تجزیه و تحلیل دادههایی استفاده میشود که موقعیت جغرافیایی آن‌ها یک مشخصه اصلی و مهم محسوب میشود. وظایف یک GIS در چهار گروه کلی شامل کسب، نگهداری، تجزیه و تحلیل و تصمیمگیری میباشد. GIS میتواند به عنوان ابزار سودمند و مفید در جهت نیل به اهداف خاص مورد استفاده قرار بگیرد، همچنین این سامانه میتواند به عنوان واسطه و پلی بین اطلاعات خام و مدلهای جمعآوری رواناب جهت خروج مطمئن دادهها و پردازش آن‌ها به کار گرفته شود، که این سامانهها دارای دو ویژگی هستند:
- ایجاد ارتباط دو طرفه بین اجزای نقشه و دادههای مربوط به آن‌ها در پایگاه دادهها.
- انجام تحلیل بر اساس دادههای موجود و اجرای مدلهای مختلف در منطقه مورد بررسی و کمک به پژوهشگران در ایجاد مدلهای نوین و منطبق با ویژگیهای محل.
1-5-2- مزایای استفاده از GIS
با استفاده از محیط GIS و امکانات نرمافزاری و سختافزاری این سیستم و همچنین با پیاده کردن راهحلهای ریاضی و منطقی در GIS میتوان مدلهای تجربی را به صورت رقومی در یک چارچوب قابل پردازش ارائه کرد.
ویژگی بارز و با ارزشی که GIS را از دیگر سیستمهای اطلاعاتی جدا میسازد، توانایی به کارگیری توأم دادههای مکانی و توصیفی است. توانایی مدیریت عوارض جغرافیایی با مقیاسهای مختلف، از ابزارهای دیگر GIS است که در علوم مختلف کاربرد فراوان دارد.
از نکتههای بسیار مهم در به کارگیری GIS، محاسبه ارزشهای وزنی برای عوامل مختلف حوزه آبخیز است. علاوه بر این GIS به هنگامسازی دادههای وارد شده را در هر زمان امکانپذیر میسازد. بدین ترتیب در صورت هر گونه تغییر در سیمای طبیعی زیرحوزهها، با دخالت آن‌ها میتوان نتایج جدیدتر را اخذ کرد.
1-6- مرور منابع
آکادمی ملی علوم واشنگتن (1985) نشان داد که بهبود منابع تأمین آب شرب در مراتع نیمهخشک یا نقاط دوردست حوزه آبخیز، ارزش چراگاهی آن‌ها را بالا میبرد و استفاده کاملتر از علوفه آن‌ها را امکانپذیر میسازد.
ریسزوو همکاران (1991) نسبتهای مختلف سطح جمعآوری کننده آب باران به سطح زیر کشت را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند عملکرد محصول با نسبت 1 به 1 در مقایسه با شاهد 71/1 برابر عملکرد محصولات غلات شده است.
بور (1994) با انجام آزمایشاتی در پاکستان، سیستم جمعآوری آب باران برای درخت پسته، سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب باران را برای منطقهای با بارش متوسط سالانه 240 میلی‌متر، 40 متر مربع ذکر کرده است.
گوپتا (1994) اثر اقدامات و عملیات استحصال آب باران را برای گیاه Neem در مناطق بیابانی هند را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفت که تولید بیوماس گیاه Neem تا 4 برابر و از 69/1 تن در هکتار به 3/6 تن در هکتار رسید.
بور و بنعاشر (1996) تحقیقات مشابه را در فلسطین اشغالی و نیجر برای محصولات مختلف انجام دادهاند و سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب و مقدار تلفات نفوذ عمقی در سالهای پرباران، با باران متوسط را محاسبه کردهاند.
اسچیتکاک و همکاران (2004) تأثیر تکنیکهای جمعآوری آب با حفظ آب و خاک در جنوب استرالیا را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که به ویژه در سالهای خشک در حوزه ایمپلوویوم میتوان آب مورد نیاز برای آبیاری تکمیلی را برای کشت درخت زیتون فراهم کنند به شرط آنکه با توجه به بارش متوسط 235 میلی‌متر، نسبت حوزه آبخیز به تراسهای جمعآوری کننده رواناب حداقل 4/7 باشد.
وینار و همکاران (2005) به بررسی پتانسیل حوزه آبخیز توکلا در جنوب آفریقا برای جمعآوری آب باران از طریق GIS پرداختند و به این نتیجه رسیدند که 18 درصد از منطقه پتانسیل بالایی برای تولید رواناب دارد.
ذاکاری و همکاران (2007) به مقایسه مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) و مدل ابزار یا ارزیابی آب و خاک با سطح منبع متغیر (SWAT-VSA) به پیشبینی رواناب در منطقه کانونسویل در شمال نیومکزیکو پرداختند. آنها همچنین رواناب لحظهای، رواناب سطحی و سفره آب زیرزمینی که در سطح بالاتر از دیگر سفرههای آب زیرزمینی قرار گرفتند را نیز با استفاده از دو مدل فوق مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسیدند که مدل تلفیقی SWAT-VSA پیشبینی بهتری را انجام میدهد. آنها همچنین نتیجه گرفتند که مدل SWAT-VSA جهت ارزیابی و راهنمایی و مدیریت منابع آبی کاربردیتر است و میتواند به طور دقیقتری پیشبینی کند که رواناب از کجا آغاز میشود تا به صورت بحرانی تحت مدیریت قرار بگیرد.
شیائو و همکاران (2006) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی را برای کشت گندم در بهار در هایونچین را مورد ارزیابی قرار داده و نشان دادند که استفاده از آب ذخیره شده برای آبیاری تکمیلی برای کشت در فاروهای بین خطالرأسها 5/5 تا 8/5 درصد بوده است ولی در کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها 4/9 تا 6/9 درصد بوده است. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که با استفاده از آب باران جمعآوری شده میتوان میزان آب استفاده شده در روش کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها را 40/4 درصد در مقابل کشت در فاروها بهبود بخشید.
امبیلینی و همکاران (2007) به مکانیابی مناطق دارای پتانسیل خوب برای جمعآوری آب باران پرداختند و به این نتیجه رسیدندکه 6/23 درصد از حوزه آبخیز ماکانیا در منطقه کلیمانجارو تانزانیا بسیار مناسب برای جمعآوری آب باران میباشد.
ونگ کاهیندا و همکاران (2007) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی به منظور افزایش بهرهوری کشاورزی وابسته به باران در مناطق نیمهخشک زیمباوه را بررسی و نتیجه گرفتند که آبیاری تکمیلی ریسک ناشی از شکست کامل محصول از 20 درصد را به 7 درصد کاهش داده و تولید آب از رواناب باعث افزایش تولید محصول از 75/1 کیلوگرم در مترمکعب به 3/2 کیلوگرم در مترمکعب با توجه به کاهش بارندگی درون فصلی شده است.
استورم و همکاران (2009) اقتصادی بودن برداشت آب باران به عنوان منبع آب جایگزین در سایت روستایی در شمال نامبیا را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق که سقف آهنی موجدار پشت بامها به عنوان مناطق جمعآوری آب باران استفاده شده به این نتیجه رسیدند که این سیستمها از نظر اقتصادی امکانپذیر میباشند.
اسماعیلی (1997) اثر روشهای مختلف استحصال آب باران در عرصههای منابع طبیعی تجدید شونده در آذربایجان شرقی را مطالعه کرده و نتیجه گرفت که این روشها باعث افزایش سبز شدن بذور مرتعی تا میزان 5 برابر شده است.
گازریپور (1997) جمعآوری آب باران برای کشت درخت بادام در منطقهای با بارندگی سالانه 200 میلی‌متر را بررسی کرده و نتیجه گرفت در حوضچههایی با شیب 2 تا 5 درصد، عملکرد بادام تا 40 درصد نسبت به سطح شاهد افزایش داشته است.
طهماسبی و همکاران (1384) رابطه مشخصات اقلیمی، خاک و نیاز آبی ذرت علوفهای (SC 704) در منطقه لشگرک برای طراحی سیستم جمعآوری آب باران در مناطق خشک و نیمهخشک را مورد بررسی قرار دادند و با توجه به دوره رشد گیاه، نیاز آبی، عمق خاک و عمق ریشه نسبت سطح جمعآوری کننده رواناب به حجم مخزن یا استخرهای سرپوشیده مورد نظر برای تأمین حداقل یک سوم تا حدود دو سوم آب مورد نیاز گیاه به ترتیب در سالهای خشک و سالهای پرباران را محاسبه کردهاند.
طهماسبی و رجبیثانی (1385) جمعآوری آب باران در عرصههای طبیعی را راهحلی برای رفع مشکل کم آبی در مناطق خشک و نیمهخشک دانسته و بر اساس مطالعهای که در حوزه آبخیز لتیان انجام داد مناسبترین سطح جمعآوری کننده رواناب برای گیاهان مختلف و نیاز آبی معین را بدست آورد و با انجام پژوهشی مشخص شد چنانچه بخشی از آب باران در استخری ذخیره شود امکان توسعه سطح زیر کشت درختان در مناطق خشک و نیمهخشک وجود دارد.
صادقی و همکاران (1385) به مقایسه دیمزارها و مراتع فقیر در تولید رواناب و رسوب در تابستان و زمستان را با استفاده از بارانساز مصنوعی در حوزه گرگک در استان چهار محال بختیاری انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که میزان رواناب و رسوب در فصل تابستان در مراتع فقیر در سطح اعتماد 99 درصد بیشتر از دیمزارها میباشد در صورتی که در فصل زمستان تولید رواناب و رسوب در دیمزارها در سطح اعتماد مشابه بیشتر از مراتع فقیر میباشد.
مدیریت منابع تجدیدشونده و توسعه پایدار امروزه نیازمند مناسبترین و سریعترین روش تهیه و تلفیق اطلاعات جهت مدیریت بهینه و برنامه‌ریزی‌های خود میباشد. در این زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) میتواند این نقش را به خوبی به عهده گیرد (نامجویان، 1381).
1-7- طبقهبندی روشهای استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر
با توجه به منشأ اصلی آب، سامانههای سطوح آبگیر باران به چهار گروه به شرح زیر تقسیم میشوند (ریج و همکاران، 1987):
الف- سامانه ویژهی استحصال آب رودخانههای دائمی و فصلی.
ب- سامانه ویژه استحصال آب از منابع زیرزمینی و روانابهای زیر قشری.
ج- سامانههای ویژه استحصال مستقیم آب باران در محل نزول و یا در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی و ورقهای شکل.
د- سامانه ویژهی استحصال تندآبها و سیلابها به صورت روانابهای سطحی متلاطم و متمرکز در پای دامنههای شیب‌دار، خشکهرودها، آبراههها و مسیلها.
افزون براین، سامانههای سطوح آبگیر باران را میتوان از لحاظ موقعیت محل استقرار، نوع تیمارهای مصنوعی در سطوح آبگیر، شکل ظاهری، چگونگی عملکرد، کاربرد و نوع رواناب (از لحاظ عمق و حجم جریان آب) به شرح زیر طبقهبندی کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):
الف- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح تیمار شده (مصنوعی)، شامل:
الف-1- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیرهی آب جهت مصارف شرب و خانگی.
الف-2- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیره رطوبت در پروفیل خاک جهت زراعت، درختکاری و احیای پوشش گیاهی در مراتع از طریق استحصال مستقیم ریزشهای جوی در محل نزول و یا روانابهای سطحی و ورقهای.
ب- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح آبگیر طبیعی شامل:
ب-1- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای نسبتاً متلاطم برای آبیاری تکمیلی و یا زراعت سیلابی از طریق ذخیره رطوبت در پروفیل خاک و یا تغذیه مصنوعی آبخوانهای نیمهعمیق و استحصال آب از طریق چاههای دستی.
ب-2- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم از طریق ذخیره آب در حوضچهها و مخازن سطحی، جهت تأمین آب شرب دامها و آبیاری تکمیلی.
ب-3- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم پرحجم با هدف پخش سیلاب جهت زراعت نیمهدیم، احیای پوشش گیاهی در مراتع، ایجاد مراتع مشجر و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
ب-4- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای سطحی با سطوح آبگیر تلفیقی (مصنوعی و طبیعی) جهت ذخیره رطوبت در پروفیل خاک برای زراعت، احیای مراتع، تغذیه آبخوانهای نیمه عمیق و یا ذخیرهسازی آب جهت مصارف مورد نظر.
ج- سامانههای سطوح آبگیر باران زیرزمینی، شامل:
ج-1- سامانههای کاریز یا قنات.
ج-2- سامانه چاه افقی.
علاوه براین، برخی از متخصصین استحصال آب، سامانههای سطوح آبگیر باران را از نظر شکل و کاربرد به گروههای متفاوتی تقسیم کردهاند. به نحوی که در این خصوص مهمترین تقسیمبندی انجام شده شامل موارد زیر است(اسمعلی و عبداللهی، 1389):
1- سامانههای سطوح آبگیر باران مصنوعی جهت جمعآوری آب برای تأمین آب شرب انسان و دام و مصارف خانگی.
2- سامانههای سطوح آبگیر مصنوعی و تیمار شده جهت جمعآوری آب برای تأمین آب کشاورزی و ذخیره رطوبت در پروفیل خاک با هدف احیای پوشش گیاهی در مراتع و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
لازم به توضیح است که منظور از سطوح آبگیر تیمار شده، سطوح آبگیری هستند که با انجام یک سری اقدامات نظیر تسطیح، جمعآوری سنگریزه و بقایای گیاهی، کوبیدن و فشردن خاک، سنگفرش و ایجاد سطح غیرقابل نفوذ با استفاده از مواد شیمیایی، سیمان، مالچهای نفتی و ... آماده میشوند.
1-8- انواع سازههای استحصال آب
به طور کلی انواع سازههای استحصال آب باران را میتوان به شرح زیر بیان کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):


1- بند مخزنی: روش جمعآوری آب به وسیله بند به شکل گسترده در بسیاری از مناطق کشور رواج دارد. با وجود این، متاسفانه آموزش افراد بومی در مهارتهای تکنیکی همگام با اجرای این فن پیش نرفته است، در نتیجه نگهداری و بهرهبرداری از مخازن بیشتر به عهدهی سازمان مرکزی حکومت است.
2- بند رسوبگیر و تنظیمکننده: ثابت شده است در نواحی خیلی خشک، رسوبگیرها موثرتر و قابل اعتمادتر از سیستمهای دیگر جمعآوری آب هستند. با وجود این، کم بودن حجم ذخیره رسوبگیرها ممکن است مانعی برای استفاده از این روش در کشاورزی روی زمینهای وسیع باشد.
3- حفیره: حفیره را میتوان به آسانی طراحی و ساخت. به طوری که این گونه مخازن قادرند با غرقاب کردن زمین، حجم نسبتا زیادی آب را ذخیره کنند. در مناطق نیمهخشک استفاده از حفیره به خاطر سهولت احداث و به کارگیری آن در سیستمهای یکپارچه برای محصولات و کاشت گیاهان مرتعی مناسبتر است.
4- هوتک: هوتکها در اساس پشته خاکی کوچکی است که در قسمتهایی که سیلاب جاری میشود ساخته میشود (کوثر، 1374).
5- خوشاب: در بخش جنوبشرقی ایران این سیستم سنتی به منظور زراعت سیلابی به کار گرفته شده است.
6- سازههای مهندسی: این سازهها دایرههای کوچک یا مربع در روی زمیناند که با ملات آهک و یا سیمان و آهک و ماسه معمولی و ... ساخته میشوند و با به کارگیری آهن و شبکههای آهنی، ورودی و خروجی آنها محافظت میشوند.
7- سازههای تراوشی: یک روش بینظیر ذخیره آب و حفظ رطوبت در پروفیل عمیق و مناسب خاک است که توسط موانع طبیعی حوزهی آبخیز احاطه شدهاند. در این سیستم، رواناب بالادست و سطوح سنگی، در پایین درهها و موانع متوالی جمع میشود و برای ایجاد زراعت در سطح آنها استفاده میشود.
8- سازههای عرضی: که شامل احداث سازههای عمود بر جهت جریان است که یک مقطع خاکریزی همراه با سرریز بوده و برای نگهداشت آب به منظور غرقاب کردن اراضی بالادست در طی فصل بارانی به کار میرود.
9- آهار: در واقع مجموعهای از خاکریزهای به ارتفاع 3 مترند که در اراضی با شیب بسیار کم بر روی خطوط تراز احداث میشوند و طول خاکریزها در برخی موارد به چندین کیلومتر میرسد.
10- آبانبار: روشی برای دسترسی و استفادههای مستقیم از آبهای زیرزمینی است. در آبانبار به جای اینکه با احداث چاه، آب را توسط وسایلی به سطح زمین برسانند با احداث پلههای زیرزمینی، مستقیما به سراغ آن میروند.
11- تورکینست: یک نوع سازهی آبخیزداری است که عموما برای مناطق کم شیب به منظور ذخیره و جمعآوری آب باران و سیلاب احداث میشود. شکل معمول تورکینست دایرهای متمایل به بیضی است.
فصل دوم
مواد و روشها
2- مواد و روشها
2-1- منطقه مورد مطالعه
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی
حوزه آبخیز سمبورچای با مساحت 3/748 کیلومترمربع درشمال استان اردبیل و به دلیل وسعت زیاد، به مقدار 94/72 درصد برابر 07/544 کیلومترمربع در محدوده شهرستان گرمی (مغان)، 68/19 درصد برابر 92/147کیلومترمربع از جنوب در محدوده شهرستان مشگینشهر و 37/7 درصد آن برابر 29/56 کیلومترمربع از شمال در محدوده شهرستان بیلهسوار قرار گرفته است و از نظر موقعیت جغرافیایی بین 14،19،47 تا 59،55،48 طول شرقی (E) و 18،6،37 تا 39،42،39 عرض شمالی (N) واقع شدهاست.
حداکثر ارتفاع حوزه آبخیز 2244 متر در جنوب غربی و حداقل ارتفاع در خروجی آن برابر 320 متر از سطح دریا می‌باشد که به رودخانه دره رود منتهی میشود.
2-1-2- هوا و اقلیم شناسی
این منطقه دارای آب و هوای نیمهخشک است. بارشهای سالانه ایستگاههای موجود در منطقه، در یک دوره مشترک 12 ساله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند. به منظور تجزیه و تحلیل بارش منطقه، از آمار بارش ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است که در نهایت 12 ایستگاه بارندگی از سازمان هواشناسی کشور را شامل میشود. بر اساس مجموعه آمار ایستگاههای موجود، متوسط بارندگی سالانه 236 میلی‌متر است که از 291 تا 386 میلی‌متر تغییر میکند. در این تحقیق صرفاً از آمار بارش سازمان هواشناسی کشور استفاده شد که این امر به دلیل طول مناسب دوره آماری، همگن بودن و کیفیت خوب آن‌ها میباشد. در بررسی اقلیم منطقه از روش دومارتن اصلاح شده استفاده شده است. جدول 2-1، طبقهبندی اقلیم را در روش دومارتن اصلاح شده نشان میدهد.
رابطه 2-1 A= PT+10که در آن: Ai، شاخص خشکی (ضریب خشکی)؛ P، متوسط بارش سالانه (میلی‌متر)؛ T، متوسط دمای سالانه (درجه سانتیگراد) میباشند.
جدول 2-1: طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده
>55 55- 33 33- 28 28- 24 24- 20 20- 10 10- 0 مقادیر Ai
بسیار مرطوب ب بسیار مرطوب الف مرطوب نیمه مرطوب مدیترانه‎ای نیمه‎خشک خشک اقلیم
2-2- روش تحقیق
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه
جمعآوری اطلاعات، گزارشهای مطالعاتی و پژوهشهای قبلی انجام یافته در رابطه با موضوع تحقیق و مطالعه و بررسی آن‌ها:
1- در این مرحله اقدام به جمعآوری پژوهشهای قبلی گردید و نیز دادههای پایه با استفاده از مطالعات انجام شده توسط سازمانها و ادارات مربوطه تهیه شد. جمعآوری آمار و اطلاعات مختلف حوزه آبخیز از جمله: شدت بارندگی، دمای هوا و ارتفاع از طریق اداره هواشناسی استان اردبیل صورت گرفت.
2- بررسی موقعیت، وضعیت عمومی، زمینی و اقلیمی منطقه مورد مطالعه.
شناخت منطقه یکی از موارد مهم در مطالعات استحصال رواناب است که قبل از انجام مطالعات، موقعیت جغرافیایی، وضعیتهای عمومی پستی و بلندی، زمینی و نیز اقلیمی مورد بررسی قرار گرفت.
3- انتخاب و تهیه نقشههای پایه از منطقه تحقیق شامل توپوگرافی، زمینشناسی، کاربری اراضی، خاکشناسی و قابلیت اراضی با توجه به نیاز ضروری انجام طرح.
نقشههای توپوگرافی مورد نیاز طرح، با توجه به وسعت منطقه و دقت مورد نیاز با مقیاس 50000 :1 سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نقشههای زمینشناسی با مقیاس 100000 :1 سازمان زمینشناسی کشور تهیه گردید. به علت عدم وجود سایر نقشههای مورد نظر طرح، اقدام به تهیه آن‌ها از روی عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای گردید.
4- تهیه و تامین عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای منطقه و انجام مطالعات سنجش از دور برای کسب اطلاعات مورد نیاز و تهیه نقشههای ضروری مورد نیاز طرح.
عکسهای هوایی 20000 :1 سال 1347 از طریق سازمان نقشهبرداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نیز تصاویر ماهوارهای لندست TM و ETM+ مربوط به سالهای 1988 و 2002 از طریق سازمان فضایی کشور تهیه شدند.
2-2-2- تهیه نقشههای پارامترهای مؤثر در ایجاد رواناب
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه
برای بررسی وضعیت توپوگرافی در منطقه از طریق GIS، اقدام به رقومیسازی خطوط توپوگرافی از روی نقشههای توپوگرافی شده و با تهیه نقشهی مدل رقومی ارتفاع، عمدتاً در قالب سه بحث عمده شیب، جهت و ارتفاع بررسیهای لازم صورت میگیرد.
برای تهیه نقشه DEM، ابتدا خطوط تراز منطقه از روی نقشه توپوگرافی50000: 1 وارد کامپیوتر شده و با اندازه پیکسل 20×20 متر (قدرت تفکیک زمینی 20 متری) رقومی شده است. در ایران سیستم تصویری UTM یکی از معمولترین روشها بوده و در این تحقیق نیز از این سیستم استفاده شده است (منطقه مورد مطالعه در داخل زون 39 شمالی بود، بنابراین تمامی مطالعات با در نظر گرفتن این زون زمین مرجع شده است). هر خط تراز در حین رقومی کردن، ارزشهای واقعی خود را میگیرند و بدین ترتیب در نقشه نهایی تهیه شده نیز ارزش هر خط تراز بیانگر ارتفاع از سطح دریای آن خط به متر میباشد (عبداللهی، 1381).
در این تحقیق نقشه DEM، خطوط تراز رقومی شده باید از طریق یک نرمافزار GIS مناسب درونیابی شود. برای تهیه نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS 9.3 از طریق گزینه Topo to raster (3D) تهیه گردید.
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا
عامل ارتفاع از سطح دریا در حوزه آبخیز سمبورچای از آن جهت حائز اهمیت است که تاثیر ارتفاع در ایجاد رواناب به صورت غیر مستقیم و از طریق تبدیل نوع بارش از بارندگی به برف عمل میکند، چرا که از ارتفاع معینی به بالا، اغلب بارش به صورت برف میباشد و همانطوریکه میدانیم برف از طریق ذوب و نفوذ تدریجی، به طور متفاوتی نسبت به باران در ایجاد رواناب عمل میکند. برای تهیه نقشه طبقات ارتفاعی از نقشه DEM استفاده شد. به منظور کلاسهبندی نقشه ارتفاع به طبقات مختلف، منحنی تجمعی ارتفاع برای نقشه DEM تهیه شد.
2-2-2-3- نقشه شیب
مهم‌ترین عوامل توپوگرافی موثر در ایجاد رواناب منطقه شامل شیب، جهت و ارتفاع از سطح دریا میباشد. در صورت یکسان بودن سایر شرایط، هر چه مقدار شیب افزایش یابد رواناب ایجاد شده بیشتر خواهد بود که دلیل آن کاهش پایداری خاک خواهد بود. بسیاری از پارامترهای اقلیمی مانند بارش و دما با ارتفاع تغییر میکند. ارتفاع بر روی نوع و ویژگیهای نزولات تاثیر دارد. هرگاه ارتفاع از حد معینی تجاوز کند بارندگی به صورت برف نازل میشود. همچنین با افزایش ارتفاع، مقدار شیب دامنهها بیشتر میشود و رخسارههای بیرونزده و توده سنگی بیشتر مشاهده شده و سنگها ناتراواتر میشوند (سراجزاده، 1375). اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف در یک حوزه‌ آبریز، ناهمواریهای اراضی آن حوزه را نشان می‌دهد. نسبت اختلاف ارتفاع دو نقطه به فاصله آن‌ها تحت عنوان شاخص شیب معرفی می‌گردد برای شناخت ناهمواری اراضی و شیب از معیارهای متفاوتی استفاده می‌شود. شیب حوزه‌های آبخیز اثر بسیار زیادی در واکنش هیدرولوژیک حوزه‌ها دارد. سرعت جریان‌های سطحی به طور مستقیم به شیب بستگی دارد. افزایش سرعت آب نیروی جنبشی آب و در نتیجه قدرت تخریبی و حمل آن را افزایش می‌دهد همچنین میزان نفوذ آب در خاک با افزایش شیب کاهش می‌یابد و نهایتاً حجم سیلاب و جریانهای سطحی مستقیماً به شیب حوزه بستگی دارد.
جهت برآورد و تعیین میزان شیب حوزه‌های آبریز روشها و روابط متعددی ارائه گردیده که برخی از آن‌ها عبارتند از روش شبکهبندی، روش هورتون، رابطه جاستین، روش شمارش خطوط تراز و .... در مطالعه حاضر با استفاده از GIS نقشه کلاس‌های شیب در مقیاس 50000 :1 و مشتمل بر 5 کلاس سطح حوزه آبخیز تهیه گردیده. برای تهیه نقشه شیب حوزه آبخیز، از نقشه DEM در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از گزینهSpatial Analyst استفاده گردید. در این نرمافزار نقشه شیب را می‌توان به دو صورت درجه و درصد شیب تهیه کرد و قابلیت آن در این زمینه بسیار بالا بوده و از دقت زیادی برخوردار است (البته دقت نقشه تهیه شده به پارامترهای دیگری از قبیل قدرت تفکیک زمینی و دقت رقومیسازی نیز بستگی دارد). برای منطقه مورد مطالعه با توجه به نوع وهدف کار، مساحت زیرحوزهها، نقشه شیب به درصد تهیه شد.
برای محاسبه متوسط شیب زیرحوزهها، نقشه پلیگونی زیرحوزهها را با نقشه رستری شیب حوزه آبخیز سمبورچای در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از نوار ابزار Spatial Analyst و سپس ابزار Zonal Statistics قطع داده شد و متوسط شیب برای هر زیر حوزه به دست آمد.
2-2-2-4- نقشه جهت شیب
جهت شیب جهتی است که اگر از بالای شیب به پائین نگاه کنیم سطح شیب به آن جهت متوجه است و در واقع جهتی است که از آن می‌توان خط عمود فرضی به خطوط تراز سطح شیب رسم کرد. مهمترین اثر جهت شیب در میزان دریافت نور خورشید و اثرات ناشی از آن جمله پیدایش اقالیم محلی یا موضعی است. در نیمکره شمالی زمین جهات رو به جنوب و غرب از جهات رو به شمال و شرق برای مدت طولانی‌تری در معرض تابش نور خورشید قرار می‌گیرند و به همین دلیل نیز گرم‌ترند. اثر تابش بیشتر و گرمای زیادتر جهت رو به جنوب و شرق موجب افزایش تبخیر و تعرق سالیانه و در نتیجه کاهش رطوبت خاک می‌شود و به همین علت نیز در جهات رو به جنوب و شرق وضعیت پوشش گیاهی ار نظر تراکم و نوع گیاهان نسبت به سایر جهات تفاوت دارد و اغلب از تراکم کمتری برخوردار است و نتیجتاً فرسایش خاک و تولید رواناب در این جهات بیشتر است (مهدوی، 1378).
اثر مهم دیگر شیب در ذوب شدن برف است. در جهات رو به جنوب و شرق به دلیل گرمای بیشتر، سرعت ذوب برف شدیدتر است. در این مناطق برف کمتری بر روی زمین میماند و ذوب آن به تدریج در زمستان و اوایل بهار انجام میگیرد. به همین دلیل جریان زمستانی رودخانهها در این مناطق بیشتر و جریانهای آن یکنواختتر است. در حالی که در حوزههای آبخیز با جهات رو به شمال و غرب دوام برف در زمستان بیشتر است و عمق و تراکم آن نیز بالاتر است (مهدوی، 1378).
برای تهیه نقشه جهات جغرافیایی نیز از ویژگی‌های خطوط منحنی میزان و خطوط رودخانه‌ها‌، نهرها و آبراهه‌ها و خطوط یالها و نحوه ارتباط یال و قله بر روی نقشه توپوگرافی استفاده می‌شود. تعیین جهت جغرافیایی بدین صورت می‌باشد که جهت هر یک از دامنه‌ها ( یعنی حد پایین یال و دره ) را نسبت به شمال جغرافیایی مشخص می‌نمایند. همانطور که میدانیم مقدار آزیموت از صفر تا 360 درجه تغییر میکند و برای مناطق مسطح، آزیموتی تعریف نمیشود که به همین خاطر در نقشه جهت تهیه شده، ارزش سلولهای مناطق مسطح به طور خاص (مثلا 1- و یا ؟) نشان داده میشود. در نقشه جهت تهیه شده، ارزش هر پیکسل بیانگر آزیموت آن میباشد.
برای کلاسهبندی نقشه جهت میتوان به صورت زیر عمل کرد (درویشصفت، 1379)، به طوری که:
1= شمال، آزیموت بین صفر تا 5/22 و نیز 5/337 تا 360 درجه.
2= شمالشرق، آزیموت بین 5/22 تا 5/67 درجه.
3= شرق، آزیموت بین 5/67 تا 5/112 درجه.
4= جنوبشرق، آزیموت بین 5/112 تا 5/157 درجه.
5= جنوب، آزیموت بین 5/157 تا 5/202 درجه.
6= جنوبغرب، آزیموت بین 5/202 تا 5/247 درجه.
7= غرب، آزیموت بین 5/247 تا 5/292 درجه.
8= شمالغرب، آزیموت بین 5/292 تا 5/337 درجه.
9 = اراضی مسطح با ارزش ویژه.
نقشه جهت توضیح داده شده به روش فوق، برای کلاسهبندی نقشه جهت به نه طبقه (با یک طبقه مسطح) میباشد که در صورت لزوم میتوان طبقات فوق را با هم تلفیق کرده و نقشه جهت چهار یا پنج طبقهای (با یک طبقه اضافی مسطح) تهیه کرد. برای تهیه نقشه جهت حوزه نیز از نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS با دستور Spatial Analysis و انتخاب گزینه Aspect تهیه شدهاست. در نقشه جهت تهیه گردید.
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما
الف- بارش
در منطقه مورد تحقیق، مقدار بارش سالانه تحت تاثیر ارتفاع از سطح دریا، فصول مختلف سال و توپوگرافی منطقه میباشد. در بررسی مقدار و وضعیت بارش منطقه، از ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است. جداول 2-2 و 2-3 به ترتیب مشخصات کلی ایستگاهها و میانگین بارش سالانه را نشان میدهند.
جدول 2-2: مشخصات ایستگاههای بارانسنجی
برزند اصلاندوز انگوت پارسآباد مشکین اردبیل ایستگاه
´53-◦47 ´25-◦74 ´45-◦47 ´46-◦47 ´41-◦47 ´20 -◦48 طول جغرافیایی
´57-◦38 ´26-◦39 ´03-◦39 ´39-◦36 ´23-◦38 ´13-◦38 عرض جغرافیایی
1085 153 466 6/72 1561 1335 ارتفاع (متر)
جعفرلو مرادلو جعفرآباد قوشه قرهخان بیگلو گرمی ایستگاه
´43-◦47 ´45-◦47 ´05-◦48 ´56-◦47 ´39-◦47 ´05-◦48 طول جغرافیایی
´52-◦38 ´45-◦38 ´26-◦39 ´44-◦38 ´05-◦39 ´03-◦39 عرض جغرافیایی
1280 1380 174 1246 596 759 ارتفاع (متر)
جدول 2-3: میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی
جعفرآباد مرادلو جعفرلو قوشه قرهخانبیگلو گرمی به رزند اصلاندوز انگوت مشگینشهر پارسآباد اردبیل ایستگاه
4/277 8/272 9/304 8/258 6/296 3/353 344 1/285 4/319 6/353 6/265 6/278 متوسط بارش سالانه
ب-رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه
برای محاسبه رابطه ارتفاع- بارش، از آمار بارندگی ایستگاههای موجود و همچنین ارتفاع از سطح دریای ایستگاهها استفاده شد که در ابتدا نواقص آماری رفع شده و در نرمافزار Excel با وارد کردن ارقام بارش و ارتفاع در دو ستون مجزا، به نحوی که بارش در محور y و ارتفاع در محور x قرار گیرد، رابطه رگرسیونی این دو پارامتر از طریق نرمافزار Excel محاسبه شد (سعدی مسگری و قدس، 1384). رابطه رگرسیونی ارتفاع از سطح دریا- بارش (گرادیان بارندگی منطقه)، در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است:
رابطه 2-2 P=0.050H+275.2 R²=0.625
که در آن: P، میزان درجه حرارت متوسط سالانه بر حسب سانتیگراد؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر میباشد.
برای بدست آوردن بارش متوسط حوزه آبخیز، از نقشه مدل رقومی بارش استفاده گردید. نحوه تهیه مدل رقومی بارش بدین شکل بوده که بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- بارش در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، DEM منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همباران حوزه تهیه شده است. پس از تهیه نقشه مدل رقومی بارش، از طریق دستور Reclassify، اقدام به کلاسهبندی نقشه مدل رقومی بارش به 5 کلاس بارش شد. ج- رژیم حرارتی
رژیم حرارتی یک منطقه عبارت از تغییرات متوسط درجه حرارت هوا بر حسب زمان و در مدت یکسان است. هدف از بررسی درجه حرارت در محدوده طرح، تعیین رابطه گرادیان درجه حرارت و تعیین میانگین حرارتی منطقه بر اساس آمار ایستگاههای موجود بوده است.
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه
با بررسی آمار درجه حرارت ایستگاههای ثبت درجه حرارت در منطقه، مشابه روش تهیه مدل رقومی بارش، برای تهیه نقشه درجه حرارت متوسط نیز، بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- درجه حرارت در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، مدل رقومی ارتفاع منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همدما حوزه تهیه شده است. رابطه ارتفاع از سطح دریا- درجه حرارت (گرادیان درجه حرارت) در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است همانند بارندگی:
رابطه 2-3 T=-0.003H+15.14 R²=0.824

21

4-2- نظریه سرمایه انسانی 36
1-4-2- تعریف و مفهوم سرمایه انسانی 37
2-4-2-سرمایه گذاری در سرمایه انسانی 37
3-4-2- تشکیل سرمایه انسانی از طریق آموزش و پرورش 38
5-2- نظام آموزش و پرورش ایران 39
6-2- مقاطع تحصیلی آموزش و پرورش در ایران 42
1-6-2- دوره ابتدایی 42
2-6-2- دوره راهنمایی تحصیلی (متوسطه اول) 42
3-6-2- دوره متوسطه عمومی 43
4-6-2- دوره پیش دانشگاهی 43
7-2- ضوابط و استانداردهای مربوط به خدمات آموزشی 44
1-7-2- استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان در مدارس ابتدایی و راهنمایی 45
8-2- مدرسه هوشمند 47
1-8-2- پیشینه هوشمندسازی مدارس 48
2-8-2- اهداف ایجاد مدارس هوشمند 49
3-8-2- پیش نیازها جهت اجرای مدارس هوشمند 50
فصل سوم:
مواد و روش ها 1-3 - پیش درآمد 52
2-3- موقعیت، حدود و وسعت منطقه مورد مطالعه 54
3-3- ویژگیهای طبیعی منطقه 55
1-3-3- زمین شناسی و ژئومورفولوژی 55
2-3-3- آب وهوا‌( اقلیم) 56
1-2-3-3- بادهای 120 روزه سیستان 62
3-3-3- منابع آب 62
4-3-3- خاکهای منطقه 64
5-3-3- وضعیت پوشش گیاهی 65
6-3-3- زندگی جانوری 65
4-3- ویژگیهای جغرافیای انسانی 66
1-4-3- بررسی وضعیت جمعیت منطقه 66
2-4-3- ترکیب جنسی جمعیت 68
3-4-3- وضعیت سواد 68
4- 4 – 3- کشاورزی 69
5-4-3- صنایع و معادن 70
6-4-3- فعالیت های عمرانی و خدماتی 71
1-6-4-3 مساکن روستایی 71
2-6-4-3- معابر و شبکه حمل ونقل 72
3-6-4-3- تأمین آب شرب 73
4-6-4-3- برق رسانی 73
5-6-4-3- خدمات بهداشتی و درمانی 73
6-6-4-3- سایر خدمات 74
7-4-3- ویژگی های فرهنگی و اجتماعی 74
8-4-3- جغرافیای تاریخی سیستان 75
9-4-3- آثار تاریخی منطقه 76
5-3- روش تحقیق 79
1-5-3- روشها و مراحل تحقیق 79
2-5-3- جامعه آماری 80
3-5-3-روش و ابزار گرد آوری داده ها 81
4-5-3- شاخص های مورد مطالعه 82
5-5-3- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات 83
فصل چهارم
یافته های تحقیق 1-4- پیش درآمد 85
2-4- یافته های توصیفی و تحلیلی 85
1-2-4- تغییرات مربوط به تعداد جمعیت و خانوار روستاهای مورد مطالعه 88
2-2-4- مراکز آموزشی مقطع ابتدایی 91
1-2-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس ابتدایی در دهستان محمدآباد 92
2-2-2-4- درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 98
3-2-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس ابتدایی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 100
4-2-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 101
5-2-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس ابتدایی دهستان 105
3-2-4- مراکز آموزشی مقطع راهنمایی 108
1-3-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس راهنمایی در دهستان محمدآباد 108
2-3-2-4-درجه بندی مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 116
3-3-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 117
4-3-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 118
5-3-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس راهنمایی دهستان 123
4-2-4- مراکز آموزشی مقطع متوسطه 124
1-4-2-4- پراکندگی و دسترسی به مراکز آموزشی متوسطه در دهستان محمدآباد 126
2-4-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مراکز آموزشی متوسطه دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 133
3-4-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 134
4-4-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس متوسطه دهستان 136
3-4- آزمون فرضیات 137
1-3-4- آزمون فرضیه نخست 138
2-3-4- آزمون فرضیه دوم 139
فصل پنجم
جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات 1-5- جمع بندی 143
2-5- نتیجه گیری 144
3-5- پیشنهادات 147
منابع 152
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه 14
جدول 1-2 -استانداردهای آموزشی و تعداددانش آموزان آنها در مدارس ابتدایی 46
جدول 2-2 -استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان آنها در مدارس راهنمایی 46
جدول 3-2-استانداردها و ضوابط خدمات آموزشی در مناطق روستایی کشور 47
جدول 1-3- مساحت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1391 54
جدول 2-3- وضع جوی منطقه سیستان بر حسب ماه: سال 1389 58
جدول 3-3- ویژگیهای عناصر اقلیمی منطقه سیستان 59
جدول 4-3- آمار تعدادی از عناصر اقلیمی ایستگاه سینوپتیک زابل طی سالهای 90-1380 60
جدول 5-3- تعداد جمعیت و خانوار شهرستان هامون در سالهای 1385 ، 1390 67
جدول 6-3- وسعت و تراکم جمعیت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1390 67
جدول 7-3- تعداد حانوار وجمعیت از نظر جنسیت در شهرستان هامون و دهستان محمدآباد در سال 1385 68
جدول 8-3- تعداد افراد باسواد و بی سواد بر حسب جنس در شهرستان هامون 69
جدول 9-3-طول محور های روستایی آسفالته شهرستان هامون در سال 1390 72
جدول 10-3- مراحل انجام تحقیق 80
جدول 1-4- طرح اتصال مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-1391 88
جدول 2-4- تعداد خانوار و جمعیت روستاهای مورد مطالعه دهستان محمد آباد در سالهای 1385 و 1390 89
جدول 3-4-مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع ابتدایی سال 92-1391 94
جدول 4-4- آمار مدارس ابتدایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان 97
جدول 5-4- وضعیت مدارس ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 از حیث درجه استاندارد آموزشی 98
جدول 6-4- مقایسه فضاهای آموزشی مقطع ابتدایی دهستان ازنظر محوطه و زیربنا با استانداردهای آموزشی درسالتحصیلی 92-91 101
جدول 7-4- توزیع کارکنان مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد از لحاظ جنسیت در سال تحصیلی 92-1391 107
جدول 8-4 مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع راهنمایی در سال تحصیلی 92-1391 112
جدول 9-4- آمار مدارس راهنمایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 115
جدول 10-4- مقایسه فضاهای آموزشی مدارس راهنمایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 121
جدول 11-4- آمار مدارس مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 131
جدول 12-4- مقایسه سرانه فضاهای آموزشی زیر بنا در مدارس متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 (متر مربع) 135
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-2-اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS 25
شکل 2-2- مدل فون تانن 29
شکل 3-2- سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر 30
شکل 4-2 -سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری 32
شکل 5-2- سطح بندی سکونتگاههای روستایی 36
شکل 1-3-نقشه تقسیمات سیاسی استان سیستان و بلوچستان 53
شکل 2-3- منحنی آمبروترمیک منطقه سیستان 57
شکل3-3- نمودار خلاصه پارامترهای محاسباتی دمای هوا در ایستگاه زابل 61
شکل 1-4- نمودار ستونی تعداد آموزشگاههای مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل 2-4- نمودار ستونی تعداد دانش آموزان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل3-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون از لحاظ مدرک تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 87
شکل 4-4- نمودار ستونی جمعیت سالهای 1385 و 1390 روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمدآباد 90
شکل 5-4- نقشه پراکندگی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 93
شکل 6-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 95
شکل 7-4- نمودار ستونی درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 در مقایسه با استانداردهای آموزشی 99
شکل8-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان (آموزشی،اداری و خدماتی) مقطع ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 106
شکل 9-4- نقشه پراکندگی مدارس راهنمایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 110
شکل 10-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی دهستان محمدآباد به مدارس راهنمایی در سال تحصیلی 92-91 113
شکل11-4- نقشه پراکندگی مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 127
شکل 12-4- نمودار ستونی مقایسه جمعیت دانش آموزی مدارس متوسطه دهستان محمدآباد به تفکیک رشته تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 128
شکل13-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 129
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
لفظ آموزش وپرورش در مفهومی وسیع به کلیه فرآیندهایی اطلاق می شود که زندگی فرهنگی را برای انسان تأمین می کند (جرالد ال،1389،11).
آموزش و پرورش فرآیندی زگهواره تا گور است که در هر جامعه ایی وجود داشته و اشکال گوناگونی دارد، از یادگیری براساس تجربه های زندگی تا آموزش و پرورش آموزشگاهی، از اجتماعات صنعتی تا غیر صنعتی، از محیط های روستایی تا شهری، بنابراین آموزش و پرورش یک پدیده اجتماعی است (علاقه بند، 1372، 4) .
آموزش رسمی نهاد مهمی برای انتقال دانش و فرهنگ از نسلی به نسل دیگر و پرورش آن دسته از خصایص آدمی است که به بازده اقتصادی، ثبات اجتماعی و ایجاد دانش های جدید کمک می کند، بخشی از این دانش همان نظری است که جامعه نسبت به خود نظام مدرسه پیدا می کند، برای آنکه یک نهاد نقش مهمی در جامعه ایفا کند لازم است مشروع باشد یعنی مردمی که از آن استفاده می کنند، باید معتقد باشند که این نهاد در خدمت منافع و نیازهای آنان است (کانوی، 1367، 13).
امروزه بسیاری از متفکران و متخصصان تعلیم و تربیت که طرفدار برداشتی نو و دیدی تازه در زمینه اصلاحات آموزشی هستند، بر این باورند که برنامه ریزی اصلاحات به منظور تجدید نظر اساسی در عملکرد گذشته و کنونی نظام های تعلیم و تربیت هر کشور باید در پرتو بررسی پیشینه تاریخی تحولات آموزش و پرورش و تحلیل وضعیت کنونی نظام آموزشی صورت گیرد، زیرا در این صورت می توان با دیدی تازه و جامع عواملی را که موجب رکود فعالیتهای فرهنگی و علمی
و شکل گیری دشواریهای کنونی نظام آموزشی شده است، شناسایی کرد (کانل ، 1373، 694).
اصولاً ساختار نظام آموزش و پرورش در ابعاد دوگانه بررسی می شود که عبارتند از:
1- بعد عمودی نظام که شامل مراحل تحصیلات رسمی با توجه به سن ورود به مدرسه و تعداد سالهای تحصیل در هر مرحله تحصیلی است.
2- بعد افقی نظام آموزش و پرورش که به تقسیمات درونی هر یک از مراحل تحصیلی یا دوره های آموزشی که شامل شاخه ها و رشته های تحصیلی است، اطلاق می شود مانند رشته های نظری و فنی و حرفه ایی در دوره متوسطه (آقازاده، 1388، 23).
مسئولان برنامه های اصلاحی آموزش و پرورش ممالک موفق معتقدند که اصلاح کمی و کیفی آموزش و پرورش باید از مقاطع تحصیلی پایین تر آغاز گردد تا بتوان شرایط تحول برای مقاطع بالاتر را مهیا ساخت، آنان تأکید دارند که بازسازی و اصلاح آموزش و پرورش فرآیندی نیست که بتوان آن را با اقدام ضربتی آن هم از رأس و قلّه ی هرم آموزشی آغاز کرد، بلکه اقدام اصلاحی متناسب و سنجیده باید از قاعده هرم آموزشی یعنی از سطح آموزش قبل از دبستان و آموزش ابتدایی شروع گردد تا بتوان آن را به صورت فرآیندی فراگیر و همه جانبه به سطوح بالای آموزشی (دوره متوسطه و آموزش عالی) هدایت کرد.اما متأسفانه این توصیه کارشناسان در فرهنگ برنامه ریزی کشور ما جایگاه شناخته شده ایی ندارد (همان،1388، 221-220).
با توجه به اینکه در اصل سوم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران به مسئله آموزش و پرورش و تربیت بدنی رایگان برای همه در تمام سطوح تأکید شده است و همچنین سطح بالای آموزش و سواد از ملاک های توسعه انسانی کشورها محسوب می شود لذا دسترسی جوامع روستایی و شهری به خدمات آموزشی و پراکنش مناسب مراکز آموزشی از اهمیت زیادی برخوردار است.
در این پژوهش وضعیت دسترسی دانش آموزان دهستان محمد آباد شهرستان هامون در منطقه سیستان به مراکز آموزشی ابتدایی، راهنمایی و متوسطه با استفاده از روش تحلیل فضایی و نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS مورد بررسی قرار می گیرد.
چارچوب اصلی این پژوهش ابتدا در فصل اول تحت عنوان مقدمه وکلیات تحقیق شامل بیان مسئله، سئوالات تحقیق، فرضیات تحقیق، اهمیت و ضرورت انجام تحقیق، اهداف تحقیق ، پیشینه ی تحقیق (مطالعات داخلی و خارجی) محدوده ی موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق می باشد.
فصل دوم شامل مبانی نظری تحقیق است که در آن پیش در آمد، تعاریف و مفاهیم و دیدگاه ها و نظریه ها ذکر می گردد.
در فصل سوم این پژوهش بعد از پیش در آمد ابتدا کلیات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه در قالب ویژگی های طبیعی و انسانی و سپس به بیان مواد و روش ها، جامعه آماری و روش ها و ابزار گردآوری داده ها و روش تجزیه و تحلیل اطلاعات پرداخته شده است.
فصل چهارم شامل یافته های تحقیق به صورت پیش درآمد و یافته های توصیفی بدست آمده از بررسیهای میدانی در سه مقطع ابتدایی، راهنمایی و متوسطه و آزمون فرضیات می باشد.
و فصل پنجم به جمع بندی ، نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات می پردازد.
2-1- بیان مسئله
انسان موجودی است تغییر پذیر با توانایی های بالقوه نامحدود که این توانایی ها می تواند تحت نظام و برنامه ریزی آموزشی و پرورشی به فعل تبدیل شود و جوامع انسانی را از مواهبی بسیارگران برخوردار نماید، بهبود در نحوه انجام وظیفه، امکان استفاده بیشتر از منابع محدود داخلی، کاهش هزینه ها و سرانجام تحقق هر چه بهتر هدف های سازمانی آنگاه میسر است که قابلیتها و مهارتهای منابع انسانی براثر آموزش و بهسازی تقویت شوند تا بتوانند نقش و سهم خود را در تلاشهای توسعه ایفا کنند (میر سپاسی، 1372، 297).
در قرن اخیر گرایش شدید به آموزش و پرورش رسمی، گسترش قابل ملاحظه مراکز آموزشی را سبب گردید و برداشت جامعه را درباره ی رسالت و مسئولیت مدرسه به کلی دگرگون کرد (معیری، 1381، 23).
مربیان، مدیران و معلمان بر کارکرد مدرسه در جهت تنویر افکار تأکید می کنند، اینها مدعی اند که آموزش رسمی جز مهمی از فرآیند مادام العمر آموزش و پرورش است که نه تنها شناخت پدیده های مهم بلکه خود فرآیند یادگیری را نیز به جوانان می آموزد، کار فرمایان، مدرسه را وسیله ایی برای فراهم آوردن مهارتها و آماده ساختن جوانان برای کارکردهای اقتصادی در جامعه ای که مرتباً تکنولوژی پیچیده تر می شود، می دانند (کانوی. 1367، 13).
امروزه گروه عظیمی از مردم کشور ما نیز تحصیل و در نتیجه پیشرفت را یکی از نیازهای اساسی خود می دانند. اکنون تعداد زیادی از انسان ها بایستی از حداقل دانش روز برخوردار باشند که این حداقل از مجموع چندین برابر حداکثر چند قرن گذشته بسیار بزرگتر و بیشتر و دارای کیفیتی کاملاً متفاوت است. لازم به یادآوری است، هر چه بر تعداد جمعیت دانش آموزی افزوده می شود از کیفیت تدریس و برنامه های آموزش و پرورش کاسته می شود، از طرف دیگر بدلیل عدم توجه به خصوصیات فردی فراگیران، تعدادی از آنها درس و مدرسه را رها کرده و جزء افراد کم سواد در می آیند، لذا باید متناسب با افزایش تعداد دانش آموزان توجه به آموزش متناسب، صورت گیرد. از نقطه نظر هزینه و مخارج این حقیقت مسلمی است که بایستی هر ساله مبلغ قابل توجهی بر بودجه آموزش و پرورش افزود و اگر دخالت کشورهای استعمارگر در امور سایر کشورها نبود معقول این بود که رقم اول بودجه هر کشور به جای امور نظامی به آموزش و پرورش اختصاص یابد. در جامعه اسلامی ما توجه به آموزش و پرورش منبعث از تأکید دین اسلام و قرآن کریم و سنت و سیره پیامبر و ائمه اطهار است، لذا پرورش نیروی انسانی خلاق و هماهنگ با معنویات حکومت اسلامی رسالتی است که بر دوش دستگاه تعلیم و تربیت قراردارد و تحقق آن ضامن موفقیت سایر سازمانها و نهادهای اجرایی کشور می باشد، به عبارتی دیگر توسعه اقتصادی و اجتماعی یک کشور مرهون توسعه آموزشی و فرهنگی است (عسکری و محسنی نیا، 1373، 48) .
باتوجه به اینکه در بعضی موارد عدم ساماندهی و عدم توزیع مناسب مراکز آموزشی در دهستان محمد آباد مشاهده می شود و در برخی از روستاها کمبود فضای آموزشی وجود دارد و در برخی دیگر از روستاها، فضاهای آموزشی ساخته شده بلا استفاده باقی مانده است و همچنین در بعضی از روستاها وضعیت مدارس از استانداردهای آموزشی فاصله دارد و این موارد باعث افت تحصیلی، ترک تحصیل و بازماندن دانش آموزان از تحصیلات بالاتر می شود لذا تحقیق حاضر تحت عنوان (تحلیل فضایی دسترسی به مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون) صورت گرفته است.
3-1- سئوالات تحقیق
1- آیا پراکنش مراکز آموزشی دهستان محمد آباد از نظر فضایی، متناسب با جمعیت روستایی می باشد؟
2- بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی چه ارتباطی وجود دارد؟
4-1- فرضیات تحقیق
1- آرایش فضایی متناسبی بین پراکندگی مراکز آموزشی با جمعیت روستایی دهستان وجود ندارد.
2- هماهنگی زیادی بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی وجود ندارد.
5-1- اهمیت و ضرورت تحقیق
کارکرد آموزشی در هر سرزمین زیر بنای توسعه اقتصادی - اجتماعی می باشد، جامعه ایی که از نظر سطح سواد و تخصص از موقعیتهای مناسب برخوردار نباشد، امکان ارتقاء کیفی برای جمعیت آن وجود ندارد، بنابراین گسترش خدمات آموزشی در ایجاد زمینه های مناسب برای توسعه اقتصادی - اجتماعی نواحی روستایی لازم است (مطیعی لنگرودی، 1390، 118- 117).
یکی از ابزارهای مهم برنامه ریزی در اختیار داشتن اطلاعات و آمار از وضع موجود می باشد که به برنامه ریز این امکان را می دهد تا با بررسی مسائل و تنگناها و تجزیه و تحلیل داده های آماری امکان تدوین برنامه ایی منطبق با مقتضیات زمان و مکان را فراهم آورد. از میان انواع برنامه ریزیها، برنامه ریزی آموزشی اساسی ترین و بنیادی ترین آنها می باشد، از عناصر مهم در فرآیندهای آموزشی وجود امکانات فیزیکی نظیرساختمان، تأسیسات و تجهیزات مربوطه می باشد که تأمین آن بویژه در کشورهای در حال توسعه بدلیل محدودیت منابع مالی تنگناهایی را در امر آموزش ایجاد می نماید، در کشور ما توجه به این امر مستلزم مکان گزینی مناسب فضاهای آموزشی است تا از این طریق ضمن بهره برداری کامل از فضا و امکانات، بازدهی مطلوب از سرمایه گذاری در این بخش حاصل آید و با توجه به اینکه تحقیق علمی اساسی ترین وسیله برای کنترل، اصلاح، تغییر و توسعه تعلیم و تربیت می باشد، لذا با انجام چنین پژوهش هایی می توان بعضی از مشکلات و نارساییهای موجود در بخش آموزش و پرورش مناطق روستایی را شناسایی کرد و در جهت حل این مشکلات راهکارهایی ارائه نمود.
به عنوان مثال بررسی امکانات موجود آموزش و پرورش در کشور نشان می دهد که این نوع امکانات در روستاهای کشور کمتر از امکانات موجود در شهرها است و این مسئله از زمان های گذشته تا کنون در روند مهاجرت روستاییان به نقاط شهری تأثیر گذار بوده است.
6-1- اهداف تحقیق
1- شناسایی توزیع فضایی مراکز آموزشی موجود در دهستان محمد آباد.
2- تعیین ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود با استانداردهای آموزشی جهت تصمیم گیری برای آینده.
7-1- پیشینه تحقیق
بطور طبیعی هر پژوهشی در تداوم پژوهش های پیشین به انجام می رسد، هم از دوباره کاریها در آن اجتناب می شود و هم از داده های تحقیقات پیشین برخوردار می گردد، ارتقا دانش نیز به همین تداوم وابسته است. (ساروخانی، 1385، 146).
بررسیهای بعمل آمده نشان می دهد که در زمینه تحلیل فضایی و مکانی دسترسی به مراکز آموزشی پژوهش هایی انجام گرفته است که نمونه هایی از مطالعات داخلی و خارجی عبارتند از:
1-7-1- مطالعات داخلی
- ناصری وجی واد (1384) تحلیل توزیع مکانی مراکز آموزشی با استفاده ازGISرا انجام دادند، نتیجه اینکه: کاربریهای عمومی در بسیاری از شهرها قادر به ارائه خدمات مطلوب به شهروندان نمی باشند، دستیابی به چنین هدفی منوط به شناخت معیارها و ضوابطی است که در مکان یابی مراکز خدماتی مورد استفاده قرار می گیرد، براین اساس اهم مشخصه ها: سازگاری، مطلوبیت و ظرفیت است که هر یک در زیر مجموعه خود به ضوابط کمی منتهی می شود و بدین لحاظ سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS مورد استفاده قرار گرفته و با استفاده از توابع تحلیل مکانی و براساس ترکیب عوامل و لایه های اطلاعاتی وضعیت موجود استقرار مدارس به لحاظ تناسب یا عدم تناسب با سایر کاربریهای شهر مورد استفاده قرار می گیرد.
- احد نژاد روشتی و همکاران (1391) در تحلیل پراکنش فضایی مراکز آموزشی منطقه 8 تبریز اعلام کردند که در این تحقیق با استفاده از روش های تحلیل نزدیک ترین همسایه و شاخص موران و با توجه به نتایج بدست آمده از مدل های ارزیابی چند معیاری و تحلیل سلسله مراتبی و ترسیم نقشه GIS مشخص شده است که بیشترین پراکنش های فضایی آموزشی در قسمت جنوب و جنوب غربی این منطقه قرار دارد و الگوی منظمی ندارد.
- غفاری گیلانی و همکاران (1390) در مطالعه مکان گزینی مدارس راهنمایی شهر آستارا به این نتیجه رسیدند که استفاده توام قواعد چند معیاری و قابلیت های GIS در انتخاب مسیر مناسب در روند ساماندهی مراکز آموزشی مؤثر است.
- محمدی و همکاران (1391) در مطالعه مکان یابی مدارس راهنمایی شهر کازرون به این نتیجه رسیدند که در شهر کازرون کمبود مدارس راهنمایی و توزیع ناعادلانه آنها به شدت احساس می شود و با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS و مدل همپوشانی شاخص ها بهترین مکان ها برای احداث مدارس راهنمایی پیشنهاد شده و اولویت بندی نیز صورت گرفته است.
- فرج زاده اصل و رستمی (1383) توزیع مراکز آموزشی در سطح شهرک معلم کرمانشاه را با استفاده از GIS برای مدارس ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان به تفکیک پسرانه و دخترانه ارائه کردند، نتایج نشان می دهد شهرک معلم کرمانشاه با کمبود فضای آموزشی مواجه است و نیازمند مکان های جدید برای احداث مدارس است.
- معصومی و فرج زاده در سال 1385 تحلیل فضایی کتابخانه های عمومی منطقه 12 تهران را با استفاده از GIS انجام دادند، نتیجه اینکه: با وجود کم بودن جمعیت منطقه 12 تهران نسبت به سایر مناطق، ولی تعدادکتابخانه ها از فراوانی بیشتری برخوردار است و کتابخانه های موجود، توزیع فضایی مناسبی ندارند و دسترسی به کتابخانه ها نیز در وضعیت مطلوبی قرار ندارد.
- نسترن (1382) در پژوهشی تعادل فضایی و پراکندگی نماگرهای آموزشی در مناطق شهری اصفهان را تبیین کرده و ضمن به تصویر کشیدن عدم تعادل در توزیع فضایی شاخص های آموزشی شهر اصفهان، راهکارهای دستیابی به وضع مطلوب و توزیع بهینه شاخص ها و زمینه های مناسب محرومیت زدایی را مورد بحث قرار داده است.
- اکبری (1390) در تحلیل فضایی و برنامه ریزی نارسائی های مراکز خدمات شهری یاسوج به این نتیجه رسید که شهر یاسوج به تناسب شدت گیری توسعه ی کالبدی و افزایش جمعیت از نظر ارائه خدمات شهری دچار نارسایی است و نتیجه این نوع توسعه کالبدی شتاب انحراف از استاندارد شاخص های خدماتی بوده است.
- کریمیان بستانی (1390) روند توزیع مراکز آموزشی در شهر زاهدان با تأکید بر عدالت اجتماعی را طی سال های 88-1380 بررسی نمود، نتایج تحقیق نشان می دهد: توزیع کنونی مراکز آموزشی در شهر زاهدان نه تنها در مناطق سه گانه متفاوت است بلکه طی سال های 88-1380 از روند نابرابری تبعیت نموده است، رشد ناموزون شهر نشینی در شهر زاهدان زمینه ساز نابرابری اجتماعی بویژه در امکانات آموزشی در بین شهروندان بوده است. همچنین، روند توزیع امکانات آموزشی به سوی عدم تعادل و تمرکزگرایی در منطقه2 است زیرا ضریب جینی در سال مبدأ محاسبه 985% و در سال مقصد 978% می باشد که حاکی از بیشتر شدن شکاف برخورداری از خدمات آموزشی بین مناطق شهری زاهدان است و با این روند شهر به سوی عدم تعادل پیش می رود و در نهایت دستیابی به مقدمات عدالت اجتماعی و توسعه پایدار در این شهر مشکل خواهد بود.
2-7-1- مطالعات خارجی


Moller (1998) مکان یابی مراکز آموزشی را در شهر کپنهاک دانمارک تحلیل کرده است. وی در این تحقیق الگویی برای مکان یابی فضاهای آموزشی ارائه کرده که بر مبنای محدوده بندی ثبت نامی فضاها با توجه به مسیرهای انتخابی صورت گرفته است.
Kucerova and kucera ( 2012 ) در تحقیقی با عنوان تغییرات در توزیع فضایی مدارس ابتدایی و اثر آنها بر جوامع روستایی به این نتیجه رسیدند که مدارس روستایی سازمان هایی فرهنگی، اجتماعی و آموزشی کاملی می باشند که از بسیاری از جهات با مدارس شهری متفاوت می باشند، نزدیکی و دسترسی به آنها اثرات فراوانی بر عملکردهای جوامع روستایی و زندگی روستاییان دارد، در نتیجه تغییر کلی جامعه، بهبود در حمل و نقل و کاهش جمعیت در مناطق خارج از شهر، تعداد مدارس ابتدایی همراه با متراکم شدن آنها در مناطق پرجمعیت تر کاهش می یابد. تأثیر نزدیکی مدارس بر زندگی روزانه در جوامع روستایی در مناطق خارج از شهر در مقایسه با وضعیت شهرهایی که در طی دوره مشاهده به صورت دموکراتیک اداره شدند تغییراتی نشان نداد.
Wang and Luo ( 2005) ارزیابی عوامل فضایی و غیر فضایی برای دسترسی به خدمات بهداشتی و سطح بهداشت را انجام دادند، نتیجه آنکه اوضاع نامساعد اجتماعی، اقتصادی، آموزشی و موانع فرهنگی مثل کمبود مدرسه در مناطقی که از لحاظ دسترسی به خدمات بهداشتی و درمانی ضعیف هستند می تواند موثر باشد.
در مطالعه سازمان یونسکو (1996)، سطح بندی حوزه نفوذ هر یک از مدارس در نقاط شهری براساس فاصله و زمان انجام شده است، در این پژوهش، مناطق کمبود و مازاد مدارس با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی تعیین و با تحلیل های شبکه مسیرهای بهینه برای دسترسی به فضاهای آموزشی مشخص شده است.
Gordon and Monastiriotis ( 2006 ) در تحقیقی با عنوان (آموزش، مکان ، آموزش: تحلیلی فضایی از نتایج آزمون مدارس راهنمایی انگلیسی) به این نتیجه رسیدند که رابطه بین جغرافیا و مدرسه ارتباطی دو جانبه می باشد، از یک طرف گمان می رود که نرخ رتبه های بالای امتحانی در سطح منطقه ایی مرتبط با ترکیب عالی و مناسب مسکونی، اجتماعی و همچنین مرتبط با عملکرد اقتصادی قوی تر می باشد، از طرف دیگر، ترکیب جمعیت منطقه ایی، فشارهای بازار کار و سیاستهای آموزشی منطقه ایی هم بر نرخ موفقیت مدرسه و هم بر شرایطی که تحت آن مدارس عمل می کنند تاثیر می گذارد.
Oakes (2006) در پروژه - ریسرچای تحت عنوان ( استراتژی های فرهنگی و توسعه: مفاهیمی برای مناطق روستایی چین) به این نتیجه رسید که استراتژی توسعه فرهنگی و آموزشی در روستاهای چین نشانه ی توسعه اقتصادی است.
Muleya (2006) طی تحقیقی که در مناطق روستایی زامبیا انجام داده است، مشکلات سکونتگاههای روستای را در مسائلی از قبیل دسترسی به مراکز و تسهیلات آموزشی، بهداشتی، مقاومت ساختمانها، حمل و نقل و زیست محیطی یافته است، در این راستا فرآیند برنامه ریزی را از دو بعد کاربری اراضی و برنامه ریزیهای اقتصادی، اجتماعی و آموزشی دانسته است.
8-1- محدوده موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق
آموزش و سواد، دو مقوله اساسی در توسعه فرهنگی و زمینه ساز دستیابی به توسعه پایدار انسانی به شمار می روند، سواد و آموزش بالاتر زمینه دستیابی به شغل بهتر، شرایط بهتر زندگی و انسانی تر کردن زندگی را فراهم می سازد و اجتماعی معقول تر و فضای متعادل را فراهم می آورد. نابسامانی در توزیع مناسب مراکز آموزشی و فقدان یک منطقه بندی مناسب در توزیع امکانات آموزشی و فاصله از استانداردهای آموزشی باعث دوری سکونتگاهها از عدالت اجتماعی خواهد شد، بر این اساس این تحقیق در صدد شناسایی توزیع مراکز آموزشی و بررسی ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی با استاندارد های آموزشی در روستاهای دهستان محمد آباد شهرستان هامون می باشد. در بررسی موضوع این پژوهش بعد از تصویب طرح پیشنهادی در خرداد ماه 1392، عملیات بررسی منابع مکتوب و جمع آوری داده ها و اطلاعات مرتبط با موضوع از همان خردادماه شروع شد و پس از تدوین کلیات تحقیق و مبانی نظری موضوع تحقیق در قالب فصول 1 و 2 از شهریورماه هم مطالعات میدانی و حضور در روستاها برای جمع آوری اطلاعات مربوط به شاخص های تحقیق و توزیع فضایی مراکز آموزشی انجام گرفته است. مکان های مورد مطالعه عبارتند از کلیه مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون به تفکیک مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه که اسامی روستاهای دارنده این مراکز در جدول شماره 1-1 ذکر شده است.
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه
ابتدایی
تمبکا، فیروزه ای، باغک، کیخا، دهکول، بهرام آباد، دهمیر، دک دهمرده، ابراهیم آباد، عباسیه، حمزه آباد، ذوالفقاری، شهرک بزرگ، چهارخمی، گزموم، پل اسبی، ده رضا، کوشه سفلی، کوشه علیا، سدکی، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، دیوانه و محمد آباد
راهنمایی فیروزه ای، کیخا، بهرام آباد، ابراهیم آباد، ذوالفقاری، شهرک، کوشه سفلی، سدکی، شهریاری، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، چهار خمی و محمدآباد
متوسطه سدکی، توتی، دولت آباد، تمبکا و محمد آباد
فصل دوم
مبانی نظری تحقیق

1-2- پیش درآمد
در راستای تبیین و ارائه چارچوب نظری تحقیق، این فصل به دو بخش جداگانه تقسیم شده است بخش اول تعاریف و مفاهیم: در این بخش محقق بر آن است تا به تعریف مهمترین واژه ها و مفاهیم مرتبط با موضوع از جمله فضا، فضای جغرافیایی، تحلیل فضایی، دسترسی، روستا، جامعه روستایی، دهستان، توزیع فضایی، آموزش و پرورش و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) بپردازد.
و بخش دوم دیدگاهها و نظریه ها: در این بخش سعی بر آن است تا به تحلیل دیدگاهها و نظریه های ارائه شده در راستای موضوع تحقیق پرداخته شود.
2-2 تعاریف و مفاهیم
1-2-2- فضا
فضا یکی از پیچیده ترین واژه های علمی است که در بین علوم مختلف با برداشتهای متفاوتی مصطلح بوده و در قلمرو هر علم تعریف خاصی از آن ارائه شده است. مفهوم فضا درابعاد وسیع و جامع خود، تجلی گاه رابطه میان تمام فعالیتهای انسانی است. واژه نامه نوین جغرافیایی فضا را پهنه ای از سرزمین تلقی می کند که در صحنه آن نظام های جریانی و فعالیتی، صورت بندیهای خاص خود را خلق می کنند. تعریف دیگر فضا عبارت است از گستره ی پیوسته ایی که در آن اشیاء و پدیده ها قرار گرفته و حرکت می کنند (آسایش و مشیری، 1389، 70) .
برخی از نویسندگان مانند اولمن فضا را مترادف با واژه ی موقعیت یعنی جایی که رابطه ی بین مکان ها را ممکن می سازد تعریف کرده است (رضوانی، 1391، 87).
2-2-2- فضای جغرافیایی
در جغرافیا، مفهوم فضا، به صورت علمی تقریباً از دهه ی 1950، با پروژه - ریسرچفرد کورت شیفر در مورد استثناگرایی در جغرافیا وارد ادبیات جغرافیایی شد. در جغرافیا، مفهوم فضا به دو صورت بکار گرفته می شود:
1- فضای مطلق که دارای کیفیت عینی، واقعی، مشخص و طبیعی می باشد.
2- فضای نسبی که بطور مداوم در اثر نیازهای اجتماعی، اقتصادی و شرایط تکنولوژیک در وسعت و فرم تغییر می یابد (شکویی، 1386، 286).
فضای جغرافیایی، فضایی است که مکان آن در زمین قابل تعیین است و از مجموعه ایی از مناسبات ترکیب پذیرفته و متحول می شود. فضای جغرافیایی فضایی است که مرحله ایی از دگرگونی را پشت سر نهاده و وجه مرئی آن را چشم انداز تشکیل می دهد، در جغرافیا، فضای جغرافیایی شامل فرآیندهای طبیعی تغییر یافته بوسیله انسان، شرایط اجتماعی تولید و تقسیم اجتماعی کار در یک مجموعه نظام یافته می باشد. بطور کلی فضای جغرافیایی ، تجلی گاه رابطه تمام فعالیتهای انسانی و مبین سطوح توسعه یافتگی جوامع می باشد (آسایش و مشیری، 1389، 71 -70).
3-2-2- تحلیل فضایی
روشی است برای تحلیل و تفسیر پدیده ها و نقاط که در مکان ها و فضاها پراکنده اند. یکی از ابزارهای تحلیل فضایی سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است.
جغرافیای انسانی را می توان به عنوان نوعی هندسه یعنی دانش فضایی به شمار آورد، فضایی که در آن نقاط، ساکنان و واقعیتهای جغرافیایی پراکنده شده اند و با چنین برداشتی می توان به تحلیل فواصل، تصاویر، ثابتها و متغیرها پرداخت، در تحلیل فضایی از داده های آماری استفاده می شود و فرجام کار آن به تمهید الگوهایی می انجامد که در نهایت، در امر سازماندهی یک سرزمین به کار می آیند (دروئو،1371،61).
4-2-2- روش تحلیل فضایی
در روش تحلیل فضایی ارتباط بسیار قوی میان انسان و محیط او برقرار می گردد. این تکنیک و روش های متداول آن به محققان کمک می نمایند، تا عناصر فضایی تشکیل دهنده محیط را شناسایی نموده و ضمن برقراری ارتباط متقابل میان عناصر، تحلیل جامعی از محیط به عمل آورند. مهمترین بعد فضایی، استفاده از رویکرد مطالعه انسان و پدیده های فیزیکی محاط بر آن است. با این روش، می توان به مکان رخداد پدیده ها آگاهی پیدا کرده و به چرایی این رویداد پاسخ داده شود: تحلیل فضایی در حقیقت مجموعه ایی از ابزارها، فنون و روش شناسی است که از طریق علم اطلاعات جغرافیایی انجام می پذیرد. در این تحلیل مجموعه ای فضایی از رفتار انسان مورد توجه قرار گفته، و امکان مطالعه در توزیع فضایی، الگوها و فرآیندهای مرتبط با پدیده های اجتماعی، اقتصادی، جمعیتی و جغرافیایی مهیا می گردد. مهمترین ابزارهایی که در تحلیل فضایی به کار گرفته می شوند، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، سیستم های تعیین موقعیت جهانی، سنجش از دور و آمار فضایی است (ذاکری، 1383، 93).
5-2-2- دسترسی
وجود یک تعریف قابل قبول برای دسترسی مشکل است زیرا دسترسی توسط برخی عوامل تحت تأثیر قرار می گیرد. دسترسی به مفهوم کاهش فاصله مکانی بین محل زندگی و تمرکز تسهیلات و خدمات و محل کار است، یعنی افراد متقاضی در کوتاهترین فاصله مکانی- زمانی (فضایی) به تسهیلات عمومی دسترسی داشته باشند که این امر به طور طبیعی مسأله عدالت اجتماعی و فضایی را در سطح مناطق مختلف برقرار می سازد. بطور کلی دسترسی به عنوان آزادی یا توانایی مردم برای برآوردن نیازهای اساسی به خاطر حفظ کیفیت زندگی تعریف شده است (رهنما و ذبیحی، 1390، 7).
در تحلیل سهولت دسترسی، عامل زمان- فاصله در دسترسی به خدمات تعیین می شود و برنامه ریزان و جغرافیدانان می توانند ضعف یا فقدان یا گسترش خدمات را در توسعه ی روستایی در یابند، همچنین ظرفیت سرمایه گذاری در بخش های ویژه برای افزایش سهولت دسترسی خانواده های روستایی و کاهش شکاف در عرضه ی خدمات بین خرده نواحی داخل ناحیه بخوبی مشخص می گردد (شکویی، 1373، 325).
6-2-2- روستا و جامعه روستایی
عدد جمعیت، نوع معیشت، وجود شهرداری، ساخت اجتماعی و اقتصادی از شاخص هایی هستند که می توانند مبنای تعریف روستا محسوب گردند. و در بعضی از منابع در تعریف روستا آمده است، روستا به جایی گفته می شود که شغل اکثریت مردم کشاورزی است در تعریف دیگر که امروزه ملاک تمایز شهر از روستا در ایران محسوب می شود وجود شهرداری است و براین اساس به سکونتگاههایی که شهرداری نداشته باشند روستا اطلاق می شود (وثوقی، 1369، 11).
در سال 2002، ویلیام وکاتچین، بیان کرده اند که نباید روستا را به سادگی در قالب دسته ایی از امور قابل مشاهده و توصیفی تعریف کرد. تعریف روستا باید شامل یک کلیت، محلی بودن و فعال بودن باشد که نشان دهنده ی ترکیب منحصر به فردی از نمایش جهانی است. تعاریف روستا بر پایه ویژگی محلی و مکانی قرار دارد که اثر آن در ساختارهای اصلی در سطح محلی از قبیل نمایش اجتماعی وجود دارد(Williams and Cutchin, 2002, 112-113).
جامعه روستایی به گروهی از انسان ها اطلاق می شود که دارای نحوه زندگی مشابه، زبان، آداب و رسوم و مقتضیات اجتماعی مشترکند. شیوه زندگی افراد در جامعه روستایی، عموما غیر رسمی است و چنین جوامعی دارای آداب و رسوم قوی و پایداری هستند (اشرفی، 1388، 115).
7-2-2- دهستان
دهستان از به هم پیوستن چند روستا، مکان و مزرعه ی همجوار در یک محدوده ی جغرافیایی معین تشکیل می شود که از لحاظ محیط طبیعی و انسانی همگن بوده و امکان خدمات رسانی و برنامه ریزی در سیستم و شبکه واحدی را فراهم می نماید. حداقل جمعیت دهستان با در نظر گرفتن وضع پراکندگی و اقلیمی کشور به سه درجه ی تراکمی زیاد (8000 نفر)، متوسط (6000 نفر) و کم (4000 نفر) تقسیم می گردد. مرکز دهستان، روستایی از همان دهستان است که مناسبترین مرکز خدمات روستایی آن محدود ه باشد (با در نظر گیری موقعیت یک نقطه از همان مجموعه با رعایت سهولت دسترسی و میزان جمعیت). برای ایجاد سهولت در خدمات رسانی و دسترسی، ارگان های ذیربط موظف اند نسبت به جذب تدریجی مزارع و مکان ها و روستاهای کوچک و همجوار که چندان آباد نیستند، در مراکز دهستانها و یا روستاهای بزرگ اقدام نمایند. در تعیین محدوده ی دهستان شاخص های اوضاع طبیعی منطقه از جمله حوضه آبخیز، پستی و بلندی و آب و هوا باید رعایت گردد (رهنمائی، 1369، 50-49).
دهستان قسمتی از تقسیمات کشوری است که معمولاً از چند روستا یا ده تشکیل می شود و خود قسمتی از یک بخش است و دهستان بوسیله ی دهدار اداره می گردد (جعفری، 1363، 61).
8-2-2- توزیع فضایی (پراکندگی)
چگونگی قرارگیری عناصر، پدیده ها ، نقاط و مکان ها بر روی سطح زمین، پراکندگی یا توزیع فضایی نامیده می شود. پراکندگی جغرافیایی از ارکان مهم و عمده ی مطالعات جغرافیایی بوده، به فهم و ادراک و بررسی خصوصیات موقعیت های جغرافیایی کمک می کند. به طور معمول جغرافیدانان از نقشه ها برای نشان دادن توزیع جغرافیایی پدیده ها در روی سطح زمین یا قسمتی از آن استفاده می کنند. جغرافیا، پدیده ها و فرآیندهایی را که به شکل همسان بر سطح زمین پراکنده نشده اند، مطالعه می کند. شرایط خاص مکان ها به شکل شگفت آوری بر پراکندگی مردم بر سطح زمین تأثیر می گذارد.پراکندگی انسان ها بر فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی هم اثر گذاشته است. علت پیدایش جغرافیا این است که ویژگی های محیط کره زمین و مردمی که درآن زندگی می کنند، از جایی به جای دیگر تفاوت دارد. بنابراین جغرافیا بر گونه گونی سطح زمین تأکید می ورزد و به مطالعه پراکندگی عواملی می پردازد که سبب تمایز یک قطعه زمین، از قطعه دیگری می شوند. درک پراکندگی عوامل جغرافیایی در روی سطح زمین، پیش نیاز درک کره زمین و انسان های ساکن آن است، زیرا این پراکندگی شرایط متفاوتی را ایجاد می کند که بر حیات در مکان های خاص تأثیر می گذارند. جوهر یک عامل جغرافیایی ایجاب می کند که آن عامل به صورت بی قاعده ایی روی سطح زمین، توزیع شده باشد ، به طرقی که سبب تمایز سطح زمین شود. یک مفهوم بنیادی از جغرافیا این است که برای دریافت پدیده ها و فرآیندها در هر مکان، به این تفاوتها یک ویژگی بارز ببخشد. این امر که برخی از مکان ها نسبت به مکان های دیگر برای مقاصد خاصی، بهتر است، برای مردمی که روی زمین زندگی می کنند، اهمیت خاصی دارد. به طور معمول توزیع فضایی دارای سه ویژگی است:
الف- تراکم نسبی: شامل تعداد پدیده ها و عناصر مورد مطالعه، تقسیم بر مساحت منطقه مورد مطالعه است.
ب- تفرق: بر خلاف تمرکز، شاخصی است که مقدار پخش یک پدیده و میزان پراکندگی یا تمرکز آن را در یک منطقه یا مکان نشان می دهد.
ج- بافت: طرز قرارگیری هندسی عناصر و پدیده ها را در فضا، بافت گویند که از جمله آنها می توان بافت خطی، بافت متمرکز و بافت متفرق را نام برد (پور احمد، 1388، 103-101).
عوارض طبیعی و پدیده های انسانی بطور یکسان و یکنواخت در نواحی جغرافیایی دیده نمی شوند بلکه پراکندگی آنها از نظر نوع و شکل به صورت نامساوی انجام می گیرد بطوری که در بعضی نواحی وجود پاره ایی از عوامل طبیعی و انسانی در سطوح گسترده تر و در بعضی دیگر به صورت محدودتر ظاهر می شوند. گاهی نیز ناحیه ایی فاقد یک یا چند پدیده ی طبیعی و انسانی است، علل پیدایش، ظهور، تکوین و همچنین عدم وجود آنها در مقیاسهای ناحیه ایی مورد مطالعه ی جغرافیا است (شکویی، 1364، 44).
9-2-2- آموزش و پرورش
برای واژه آموزش و پرورش تعاریف زیادی در منابع مختلف ذکر شده است اما در ذیل 3 مورد از این تعاریف ذکر شده است:
جان دیویی: آموزش و پرورش دوباره ساختن یا سازمان دادن تجربه است، به منظور اینکه معنای تجربه گسترش پیدا کند و برای هدایت و کنترل تجربیات بعدی، فرد را بهتر قادر سازد.
ژان ژاک روسو: آموزش و پرورش هنر یا فنی است که به صورت راهنمایی یا حمایت نیروهای طبیعی و استعدادهای فراگیر (متربی) و با رعایت قوانین رشد طبیعی و با همکاری خود او برای زیستن تحقق می پذیرد.
امیر حسین آریان پور: آموزش و پرورش عبارت است از فرآیند هدایت و جهت دهی عمدی تجارب انسانی.
10-2-2- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
تمامی علومی که به نحوی با GIS در اتباط هستند ، نظیر جغرافیا،برنامه ریزی شهری، عمران، کشاورزی، جنگلداری، محیط زیست، زمین شناسی و... هر کدام تعاریفی ازGISدارند، اما در اینجا چند تعریف از نظر علوم جغرافیایی ذکر شده است:
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستمی است برای جمع آوری، ذخیره سازی، کنترل، ادغام، پردازش، تحلیل و نمایش داده هایی که مرجع آنها زمین می باشد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک فناوری اطلاعاتی است که داده های فضایی و غیر فضایی را ذخیره، تحلیل و نمایش می دهد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک سیستم مدیریت پایگاه اطلاعات برای وارد کردن، ذخیره، بازیافت، تحلیل و نمایش اطلاعات فضایی (بعد مکانی) می باشد. آنچه از همه ی این تعریف استنباط می شود این است که GIS اولاً یک سیستم است که شامل اجزای منسجمی است که برای هدف خاصی تنظیم شده اند. ثانیاً نیاز به داده ها دارد که این داده ها فضایی و غیر فضایی هستند و می توانند نگهداری و بازیابی شوند.ثالثاً قدرت تحلیل دارد و می تواند بین داده های فضایی و غیر فضایی ارتباط منطقی برقرار کند(آسایش ومشیری،1389،277).
اهداف یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GISعبارتند از:1- گسترش بهره وری در به کارگیری نقشه ها و اطلاعات جغرافیایی2- بهبود مدیریت اطلاعات جغرافیایی3- ایجاد شیوه های راهبردی برتر در استفاده از اطلاعات جغرافیایی به منظور تقویت فرآیند تصمیم گیری(همان،1389،288).
امکانات سیستم اطلاعات جغرافیایی عبارتند از:1- انجام عملیات فضایی: بوسیله این سیستم امکان تحلیل همگانی و فضایی عوارض و روابط میان آنها براساس مختصات جغرافیایی وجود دارد2- ارتباط و پیوند بین انواع اطلاعات: در این سیستم، امکان ذخیره انواع اطلاعات و انواع نقشه های شماتیک به شکل فایلهای رایانه ایی وجود دارد. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی می تواند پنج عمل اصلی زیر را بر روی داده های مکانی و غیر مکانی انجام دهد: دریافت، ذخیره، پردازش، تحلیل و خروجی.

مهمترین استفاده و کاربردGISربط داده های کمّی و کیفی به مکان و فهم رابطه های موجود بین مکان ها است. اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی برGISمانند سه رأس یک مثلث هستند که با نبود هر یک از آنها مثلث پایگاه اطلاعاتی ناقص خواهد شد. این اجزا که در شکل 1-2 دیده می شوند عبارتند از موقعیت مطلق، موقعیت نسبی و ویژگیها(همان،1389،279).
شکل 1-2- اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS

منظور از موقعیت مطلق مختصات جغرافیایی x و yاست، و منظور از موقعیت نسبی، موقعیت توپولوژیک عارضه است یعنی موقعیت عارضه مورد نظر نسبت به سایر عوارض مجاور و منظور از ویژگیها چیستی آن عارضه است. این اطلاعات، معمولاً به صورت نقشه های مختلفی که نشانگر شرایط توپوگرافی، منابع آب، نوع خاک، جنگل، مراتع، اقلیم، زمین شناسی، جمعیت، املاک، تقسیمات کشوری و پدیده های زیر بنایی می باشد و به وسیله قابلیتهای انطباق و ترکیب اطلاعات فضایی و غیر فضایی GIS ارائه می گردد. این سیستم ابزار ایده آلی برای تجزیه و تحلیل داده های جغرافیایی، محیطی و فضایی و پیوند آنها با اطلاعات اجتماعی و اقتصادی محسوب می شود (همان،1389،280).
3-2- نظریه ها و دیدگاهها
نظریه (تئوری) در لغت به معنای اندیشیدن و تحقیق آمده است که از تئوریای یونانی گرفته شده است. با گسترش علوم، مفهوم این واژه نیز توسعه یافته و به اندیشیدن و تحقیق درباره ی هر مسئله ایی اطلاق شده است (توسلی، 1373، 204).
نظریه، مجموعه ایی از گفتارهایی است که بر مبنای قواعد منطبق با یکدیگر در ارتباط باشد و مبین بخشی از واقعیت گردد. در این تعریف، تأکید بر چند نکته زیر موضوع بحث را روشن می سازد:الف- نوع خاصی از گفتارها به عنوان عنصر اساسی نظریه ب- ارتباط میان این گفتارها بر مبنای قواعد منطبق (قیاس) ج- تبیین واقعیت (از راه قیاس) به عنوان هدف د- تطبیق نظریه با واقعیت (شکویی، 1364، 89).
البته شکی نیست که هر نظریه ایی در پی کشف حقیقت و قراردادن آن در حیطه عمل و تجربه است تا بتوان صحت و سقم آن را مشخص کرد، چرا که نظر و عمل مکمل یکدیگر هستند، هر چند برخی تعاریف بر نظری یا عملی بودن صرف آن تأکید می نماید (پاپلی یزدی و ابراهیمی، 1381، 12).
دیدگاه را می توان بر مبنای تفکرات افراد یا گروهها طبقه بندی کرد. گروه های ذینفع، طبقات اجتماعی، پیروان فرهنگ ها و خرده فرهنگها، هر یک از دیدگاه خاصی تبعیت می کنند. افتراق در ادراکات، اعتقادات و نگرشها، در شکل گیری دیدگاهها، نقش عمده ایی دارند. از آن میان در مفهوم دیدگاه ، دو عامل بیش از همه مهم به نظر می رسد:1- طبقات اجتماعی2- فرهنگها (شکویی، 1386، 122).
1-3-2- نظریه ها و دیدگاه های فضایی
دیدگاههای فضایی یکی از مهمترین مباحثی است که از نیمه دوم قرن بیستم به صورت گسترده ایی در مطالعات جغرافیایی رواج یافته است. از دهه 1950، جغرافیا به عنوان علم فضایی ، ابتدا در دانشگاه واشنگتن واقع در سیاتل آمریکا مورد توجه قرار می گیرد . این مکتب جغرافیایی می گوید : ابعاد فضایی سطح سیاره زمین موضوع مهم در علم جغرافیا است و در جهت تحلیل آن، به آمارها، نظریه ها، کامپیوتر، ساخت مدلهای جغرافیایی و ریاضی، نظریه مکان مرکزی، نظریه های اقتصادی، روش های کمی و بلاخره به تحلیل سیستمی نیازمندیم. در تحلیل فضایی، الگوهای سکونتگاهی، تدوین نظام فضایی در میزان جمعیت به وسعت مکان شهرها ، شهرکها و روستاها، محلات و مراکز ناحیه ای مورد تأکید قرار می گیرد(خانی،1371،100).
فرد کورت شیفر یکی از پیشگامان مهم مکتب تحلیل فضایی می گوید: در جغرافیا، باید تأکید بیشتر روی آرایش و انتظام پدیده ها در یک مکان صورت گیرد و توجه کمتری به خود پدیده ها معمول گردد (همان، 1371، 102).
یکی از نظریه ها و دیدگاههای فضایی مربوط به موضوع این تحقیق پراکندگی فضایی است: از نظر دیویدهاروی ، به تعداد عملکردهای انسانی و فرآیندهای اجتماعی فضاهای نسبی وجود دارد، در دیدگاه علم فضایی، مردم در فضاهای نسبی زندگی می کنند. پراکندگی فضایی، مجموعه ایی از واقعیتهای عینی است. هر یک از این واقعیتهای عینی، دارای محل استقرار ویژه و یک سطح مشخص می باشد. پراکندگی فضایی واقعیتهای عینی، بد انسان آرایش یافته است که می توان از نظر تراکم، الگویابی و پخش آنها به تحلیل و تدوین قوانین مربوطه پرداخت. در اغلب موارد، در شناخت پراکندگی فضایی، تنها روی یک پدیده ی واحد تأکید می کنند تا در جستجوی قوانین و صورتبندی پراکندگی فضایی پدیده، توفیق یابند. تصمیم گیری، ساز و کار اساسی در همه مسائل جغرافیایی است، در جغرافیا تصمیم گیری تأثیرات خود را در پراکندگی فضایی فعالیتهای انسانی، به صورت نمودی عینی ظاهر می سازد. مثلاً تصمیم گیری در مورد کاربری زمین در مزارع، چهره های مختلف جغرافیایی خلق می کند. از این رو، حاصل تصمیم گیری، بوسیله ی گروهها، افراد و سازمانهای دولتی، شکل گیری مجدد جغرافیایی است. روشن است که تصمیم گیریهای گروهی، فردی و دولتی، در زمینه محل استقرار فعالیتهای انسانی و یا کاربری زمین، در خلأ فکری صورت نمی گیرد، بلکه هر تصمیم گیری از یک سیاست یا ایدئولوژی و تفکر خاص تأثیر می پذیرد، یعنی در هر تصمیم گیری، همه ی شرایط محیطی، فرهنگی واقتصادی که تصمیم گیرندگان در داخل آن عمل می کنند تأثیر گذار می باشد. پراکندگی پدیده های جغرافیایی یا فعالیتهای اقتصادی، در سراسر سطح زمین و یا در داخل یک ناحیه، تحت شرایطی، شکل گیری الگوها را امکان پذیر می سازد. در سطح زمین، هر الگوی فضایی، غالباً از سه فرم هندسی نقاط (گره ها)، خطوط و حوزه ها و یک سطح جغرافیایی تشکیل می شود و محصول فرآیند فضایی ساختار فضایی است که در آن ، فضا بوسیله فرآیندهای اجتماعی، اقتصادی و طبیعی سازمان می یابد. این سازمان یابی از محل استقرار عناصر و اجزاء داخلی یک پراکندگی فضایی تأثیر می پذیرد. محل استقرار هر جزئی نسبت به هر یک از اجزا دیگر و جایگاه هر جزئی نسبت به همه ی اجزا، با هم و توام سازمان یابی فضایی را شکل می دهند. در واقع، ساختار فضایی، از آرایش و سازمان یابی پدیده ها که نتیجه ی فرآیندهای طبیعی، اجتماعی و اقتصادی است بوجود می آید (شکویی، 1386، 295-289).
نظریه و دیدگاه فضایی دیگری که مرتبط با موضوع این تحقیق می باشد نظریه مکان های مرکزی است نخستین تلاش برای شرح الگوهای مکانی را فون تانن با انتشار کتاب سرزمین منفرد به عنوان یکی از بانیان تئوری مکانی مطرح می سازد. وی فاصله محل زندگی کشاورزان را نسبت به یک بازار مرکزی براساس بهره موقعیتی در یک مدل دوایر متحمدالمرکز تشریح می نماید. شهر بزرگی را تصویر می کند که با دشتی بزرگ با حاصلخیزی یکنواخت، احاطه شده است. این شهر محدوده روستایی خود را از نظر کالا و خدمات تأمین می کند و برای عرضه مازاد تولیدات کشاورزی نواحی روستایی، بازار فراهم می سازد، در مدل فون تانن هزینه های حمل و نقل اهمیت بسیاری دارند. در نتیجه، کالاهای حجیم و سنگین و کالاهایی که هزینه حمل و نقل آنها بالاست در مجاورت شهر تولید می شوند و کالاهای سبک و کم حجم یا با هزینه حمل و نقل پایین در مکان های دورتر تولید می شوند. بدین ترتیب نظامی از دایره هایی هم مرکز، پیرامون شهر مرکزی بوجود می آیند. وی از طریق این مدل به دنبال بدست آوردن مناسب ترین محصول و کاربری زمین در یک ناحیه روستایی و اقتصاد کشاورزی است (شکل 2-2)(جمعه پور، 1385، 119).

شکل 2-2- مدل فون تانن
در عین حال اصطلاح مکان مرکزی با نام والتر کریستالر و کار پیشگامانه او با عنوان مکانهای مرکزی جنوب آلمان پیوند دارد. مرکزیت عبارت است از نقشی که یک مکان در رابطه با نقاط دیگر بر عهده دارد. مفاهیم کلیدی نظریه مکان مرکزی، دامنه کالا و ارزش آستانه هستند که به طور ضمنی به سلسله مراتب زیستگاهها و مرکزیت یک مکان ویژه دلالت می کنند. دامنه کالا در واقع مسافتی است که مردم برای تأمین خدمات و کالاهای معینی حاضر به طی آن می شوند. حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه کالا و خدمات خاص، ارزش آستانه را تشکیل می دهد. براساس مدل کریستالر سکونتگاهها را می توان در سطح ملی به مکانهای مرکزی رده بالاتر، رده پایین تر، پایین ترین رده و مکان های مرکزی معین طبقه بندی کرد. مرکزیت یک مکان براساس جایگاهی که در طبقه بندی به دست می آورد منعکس می شود (شکل 3-2)(همان،1385،121).

شکل 3-2 - سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر
مدل اصلی کریستالر متکی بر اصل بازاریابی است. نتیجه کاربرد این اصل پدید آمدن روابط متقابل سلسله مراتبی بین مکان های مرکزی است. توزیع مکان های مرکزی در فضای ناحیه ایی به گونه ای است که هر مکان در مرتبه خاص خود کالاها و خدمات مراکز فرودست خود را عرضه می کند. در این سلسله مراتب بازاری میدان برد کالا با سطح سلسله مراتب مکان مرکز و امکانات و قدرت خرید خریداران و شکل و ماهیت خدمات و تولید در رابطه است کریستالر معتقد بود که سلسله مراتب مرکزی می تواند براساس هر یک از اصول زیر ایجاد شود:
الف) اصل بازاریابی یا عرضه:در این حالت برای هر مرکز فرعی حداکثر حق انتخاب مراکز اصلی وجود دارد. در این نوع سلسله مراتب هر مکان مرکزی یک سوم هر شش مرکز فرعی تابعه خود به اضافه خود مرکز اصلی را زیر نفوذ دارد که معادل 3 مرکز می شود، کریستالر این مقدار را ارزشK می نامد که معادل شمارکل سکونتگاه های سطح معینی است که توسط یک مکان مرکزی متعلق به سطح بالاتر، خدمت داده می شود.
ب) اصل ترابری: در سلسله مراتبی که براساس این اصل شکل می گیرد، فاصله بین مراکز اصلی و فرعی به حداقل می رسد. در این حالت مراکز تا حد بیشتری در مسیر ترافیک بین مراکز اصلی قرار می گیرند. از آنجا که مراکز فرعی در مسیر بین مراکز اصلی واقع شده اند، وابستگی دوگانه دارند، بنابراین مطابق اصل ترابری ارزشKچهار است، یعنی هر مرکز اصلی نصف 6 مرکز فرعی به اضافه خود را زیر پوشش می گیرد.
ج) اصل اداری:اگر سکونتگاه ها مطابق این اصل استقرار یافته باشند هر مرکز، کنترل کامل 6 مرکز فرعی خود را بر عهده می گیرد و وابستگی تقسیم شده مراکز فرعی وجود ندارد، در نتیجه در این حالت ارزش K مساوی V خواهد بود یعنی 6 مرکز زیر نفوذ به اضافه خود مرکز اصلی است. (شکل 4-2)

شکل 4-2 - سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری
کریستالر معتقد است که الگوی استقرار براساس اصل بازاریابی بیشترین کارآیی را برای مصرف کنندگان روستایی و توزیع فرآورده های روستایی دارد، در حالی که الگوی ترابری کاراترین الگوی استقرار برای عرضه کنندگان شهری و الگوی اداری کاراترین الگو برای بوروکراتهای شهری است. این سه نوع نظم غیر قابل جمع نیستند و مناطق بزرگ می توانند ترکیبی از چند شکل فضایی را با هم داشته باشند. از میان همه مدل های تعیین استقرار فضایی، نظریه مکان مرکزی احتمالاً از همه پخته تر و مشهورتر است. اهمیت این نظریه درباره استقرار محل های سکونت، بسیار است، اما از آنجا که تنها با بخش خدمات سروکار دارد، تبیینی که ارائه می دهد جزئی است و کل ساختار فضایی را تبیین نمی کند. نظریه مکان مرکزی الگوی کاملی از سلسله مراتب سکونتگاهی در سطح نواحی را عرضه می دارد.مهمترین انتقاد وارد بر الگوی مکان مرکزی کریستالر این است که از ناحیه، برداشتی ذهنی و آرمانی بدون توجه به تفاوتهای طبیعی نواحی و رفتارهای انسانی کرده است.(همان،1385 ،123-119).
علاوه بر کریستالر، معروف ترین مدل ها در رابطه با ساختار سازمانی سکونتگاههای روستایی و سلسله مراتب مکان مرکزی، مدل لوش و گالپین است. تجزیه و تحلیل لوش مبتنی بر شبکه روستاهای کشاورزی است که در یک دشت زراعی به شکل مثلث پراکنده شده اند. گالپین و پیروانش مکان های مرکزی را از دیدگاه روستایی تجزیه و تحلیل کردند و از این راه سلسله مراتب عملکردی را به صورت تجربی به دست آوردند. به طور کلی تمامی نظریه های مکان مرکزی بر چهار اصل استوارند:1- یکسانی چشم انداز فرهنگی و فیزیکی2- نواحی واحد نامحدود3- قابلیت دسترسی یکسان مکان های مرکزی در تمام جهات 4- رفتار منطقی مصرف کننده. البته چنین شرایطی در سیستم های فضایی واقعی وجود ندارد و مهمترین انتقادی که بر این الگوها وارد شده است، نیز برهمین اصول است (همان، 1385، 124).
به این ترتیب در یک منطقه باید نظامی از آبادیهای مرکزی در مقیاس ها و اندازه های مختلف براساس بعد و کشش عرصه ی خدماتی و نوع فعالیتهای مستقر در آنها وجود داشته باشد. مقایسه ی اصول تئوری های مرکزیت مکانی و به ویژه تئوری کریستالر، با کیفیت خاص پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران به عنوان نقطه ی شروع، می تواند زمینه ایی برای شکل گیری تئوریهای مربوط به توضیح چگونگی پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران باشد (معصومی اشکوری، 1385، 98).
مکانهای مرکزی، مراکزی کانونی هستند که در آنها کالاها (بویژه کالاهای خدماتی و کشاورزی) و خدمات گوناگون (مانند آموزش وخدمات بهداشتی - درمانی) برای برآوردن نیازهای سکونتگاههای کوچک تر پیرامونی ارائه می شود. بنابراین می توان سکونتگاههای روستایی را براساس کارکردهای خدماتی آنها رده بندی کرد و با توجه به جایگاه هر یک از روستاها در ارائه خدمات و کالاها، آنها را در سطح معینی جای داده، به سطح بندی خدماتی سکونتگاهها پرداخت (سعیدی، 1390، 119).
2-3-2- سازمان فضایی و سطح بندی روستاها
در برنامه ریزی توسعه مناطق روستایی تعیین درست مراکز روستایی و مکان های توزیع خدمات اهمیت بسیاری دارد. ایجاد سازمان فضایی مناسب و ساخت مکانی مطلوب اهداف اصلی برنامه های توسعه مناطق روستایی را تشکیل می دهد. منظور از سازمان فضایی ساختار سلسله مراتبی سکونتگاهها، شبکه های ارتباطی که آنها را به هم وصل می کند و جریانهای برقرار بین آنها است. منظور از ساخت فضایی نیز ترکیب این عوامل یا ترتیب مکانها، شبکه یا خطوط پیوند و روابط یا کارکردهاست. سازمان فضایی مناسب، دارای ساخت سلسله مراتبی است که هر مرتبه براساس جایگاهی که اشغال کرده کارکردهای خود را در سیستم ایفا می کند (جمعه پور،1385 ،181).
الگوی روابط متقابل بین سکونتگاهها در صورتی که شرایط اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و سیاسی یکسانی برای همه آنها تصور شود، می تواند براساس این دو اصل تفسیر شود:1- اصولا مردم برای دستیابی به خدمات یا رفع نیازهای خود براساس قانون کمترین تلاش، مسیرهایی را انتخاب می کنند که با پیمودن حداقل فاصله حداکثر نیازهای خود را برآورده سازند.2- مردم مستقر در سطح پایین تر مکان های مرکزی همیشه برای رفع نیازهای خود به سوی سطح بالاتر سکونتگاهها حرکت می کنند. البته به شرط اینکه سکونتگاه بالاتر جاذبه کافی برای جذب مردم سکونتگاه پایین تر را از نظر ارائه کارکردهای مختلف داشته باشد. این دو شرط تعیین کننده چهارچوب جریان روابط متقابل بین نقاط مختلف در سلسله مراتب سکونتگاهی است (Maurya, 1991,67) .
هر چند ملاحظات اجتماعی، فرهنگی و سیاسی نیز در کنار رفتارهای اقتصادی در انتخاب مکان تأمین نیازهای خدماتی یا برآورده ساختن سایر نیازها توسط مردم اثر می گذارد، اگر به این اصل توجه داشته باشیم که همه روستاهای کوچک و بزرگ از نظر اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و دیگر عوامل نمی توانند تمامی نیازهایشان را با اتکا به خود برطرف نمایند، این مسئله روشن می شود که ارتباط بین سکونتگاهها در زمینه پوشش دادن نیازهای همدیگر به عنوان یک سیستم فضایی واحد اجتناب ناپذیر است. ساماندهی این ارتباط و جریانهای بین سکونتگاههاست که نیاز به برنامه ریزی فضایی را برای نواحی روستایی ایجاد می کند. در انتخاب مراکز روستایی در مراتب مختلف سکونتگاهی برای انتخاب درست مکان های استقرار خدمات و کارکردها به چند نکته باید توجه کرد که این نکات شامل موارد زیر است:1- انتخاب نقاط در هر سطح از سکونتگاهها که صورت گیرد، باید به گونه ایی باشد که مناسب ترین ارتباط سلسله مراتبی را برقرار سازند، بطوری که هر کدام از نقاط به بهترین شکل نقش خود را ایفا کند.2- الگوی ارتباط بین نقاط با در نظر داشتن پیمودن حداقل فاصله دسترسی به خدمات و کارکردهای مختلف تعریف شود.3- انتخاب مراکز توزیع خدمات یا کارکردها در مناطقی که هنوز هیچگونه الگویی از توزیع خدمات بویژه در سطوح پایین سکونتگاهها شکل نگرفته است به مراتب آسان تر از وقتی است که الگوی نامناسب و ناکارآمد شکل گرفته باشد.4-در شرایط مساوی سکونتگاههایی که نقشها و کارکردهای بیشتری بر عهده دارند یا جاذبه کارکردی بیشتری دارند از قابلیت بالاتری برای انتخاب به عنوان مرکز در مقایسه با نقاط هم سطح برخوردارند (Solanki and Dikit, 1991,173).
در سطح بندی روستاها، می توان به منظور خدمات رسانی، روستاهای کوچکتر رابه روستاهای بزرگتر و همجوار خود پیوند داد. (به طور مثال دو یا سه روستای سطح اول به یکی از روستاهای سطح دو، و مجموعه چند روستای سطح یک و دو را به روستایی در سطح سه ارتباط
داد، و بدین ترتیب، پیوند بین روستاهای سطوح پایین تر را با روستاهای سطوح بالاتر ایجاد نمود. در چنین شرایطی، هر گاه مجموعه ایی از روستاهای سطوح یک، دو و سه که از نظر تعداد جمعیت در حد ارزش آستانه (حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه ی کالا و خدمات خاص می باشد) برای ارائه یک نهاد خدماتی باشند، می توان روستای سطح سه را برای استقرار نهاد خدماتی مورد نیاز سایر روستاها انتخاب نمود(شکل5-2) (مطیعی لنگرودی، 1390، 122).

شکل 5-2 - سطح بندی سکونتگاههای روستایی
4-2- نظریه سرمایه انسانی
یکی از نظریه های مرتبط با آموزش و پرورش نظریه سرمایه انسانی است. پژوهش های متعدد پیرامون رابطه ی آموزش و بهره وری از همبستگی فراوان آنها خبر می دهند یعنی اثرهای مثبت سرمایه گذاری در زمینه ی سرمایه های انسانی بر توسعه منطقه ایی مشهود است، بدین ترتیب پدیده ی رسیدن به سرمایه گذاری در سرمایه ی انسانی و باز بودن درهای تبادل فضایی از عوامل تعیین کننده ی توسعه منطقه ایی می باشد (معصومی اشکوری، 1367، 77).
1-4-2- تعریف و مفهوم سرمایه انسانی
تعریف سرمایه انسانی عبارت است از: «ارتقاء و بهبود ظرفیت تولید افراد» هنگامی که از تشکیل سرمایه انسانی صحبت می شود، زمانی است که سرمایه گذاریهای مالی (چه به صورت مخارج تحصیلی و چه به صورت فداکاری و هزینه فرصتهای از دست رفته) صورت پذیرفته تا تغییرات و تحولاتی در افکار و افعال فرد به وجود آورد. این تغییرات و تحولات که در درون افراد متبلور شده و غیرقابل انفکاک می باشد و آنان را قادر می سازد تا:1- کالاها و خدمات بیشتر و یا بهتری تولید کنند.2- درآمدهای پولی بالاتری تحصیل کنند.3- درآمدهای خود را عاقلانه مصرف کنند.4- از زندگی لذت بیشتری ببرند. می توان از موارد زیر به عنوان مثال های جامعی برای چهار نوع ظرفیتی که همه ناشی از سرمایه گذاری در آموزش و پرورش می باشد. یاد کرد:1- تربیت یک برنامه ریز کامپیوتر که تواناییهای توسعه یافته او موجب افزایش تولید و ارتقاء تولید ملی می شود.2- استفاده های پولی و مالی ناشی از اخذ یک مدرک تحصیلی که در شرایط متعارف افرادی که از تحصیلات بیشتر و مدارک بالاتری برخوردارند، دارای درآمد بیشتری نیز می باشند.3- ذکاوت مصرف کننده در بودجه بندی و انتخاب مناسب و اولویت دادن به انتخابها.4- لذت بردن از نمایشنامه ها و استفاده و بهره برداری از کتابهای تاریخ و دیوان اشعار (عمادزاده، 1369، 77-76).
2-4-2-سرمایه گذاری در سرمایه انسانی
تحصیل علم و دانش چه از طریق نظام آموزشی (دبستان، دبیرستان و دانشگاه) و چه از طریق آموزش ضمن کار و خدمت، نمونه هایی از سرمایه گذاری در سرمایه انسانی به شمار می آید. سرمایه انسانی نه تنها از طریق تراکم و انباشت آموزش و پرورش، بلکه از راههای بی شمار دیگری نیز بوجود می آید، لیکن متداولترین انواع سرمایه گذاری در سرمایه انسانی عبارتند از:
1- آموزشهای قبل از مدرسه 2- دبستان، راهنمایی، دبیرستان، مدارس فنی و حرفه ایی و تحصیلات عالی3- آموزش های بعد از دانشگاه و فارغ التحصیلی 4- مهاجرت برای مشاغل و درآمدهای بالاتر5- مراقبت از تندرستی و بهداشت عمومی6- به دست آوردن اطلاعات کافی از عرضه و تقاضای کار و خدمات.سرمایه انسانی نیز مانند سرمایه مادی بایستی نگهداری و در صورت لزوم، تعمیر، ترمیم و تعویض شود تا بیکار نشده یا مورد اتلاف واقع نشود,21) Beker, 1975).
3-4-2- تشکیل سرمایه انسانی از طریق آموزش و پرورش
آموزش و پرورش تنها در دبستان، دبیرستان و دانشگاه نیست بلکه هر نوع آموزش و یادگیری، چه به صورت رسمی و یا غیر رسمی در داخل و یا خارج از این محل ها را نیز شامل می شود. هزینه های تحصیلات اضافی و آموزش ضمن خدمت به عنوان سرمایه گذاری و تشکیل سرمایه انسانی تلقی می شوند، زیرا چنین سرمایه گذاریهایی در آینده منبع بازده اقتصادی خواهند بود. بازده اقتصادی آموزش و پرورش برای کسانی که در این مورد سرمایه گذاری و هزینه های گوناگون را تقبل می کنند تا حد بسیار زیادی مسلم است. سرمایه گذاری آموزش و پرورش یا از طریق هزینه های دولتی و یا از طریق بخش خصوصی چه به صورت اعطا وامهای بلاعوض و چه به صورت مشارکت در هزینه ها و پرداخت شهریه توسط والدین یا خود دانشجویان انجام می پذیرد.
سرمایه گذاری در سرمایه انسانی دارای دو نوع بازده است، بازده پولی و درآمدی و بازده غیر پولی یا غیر درآمدی، افرادی که از تحصیلات بالاتری برخوردارند، در شرایط متعارف، درآمد بیشتری کسب می کنند، اندازه گیری بازده غیر پولی سرمایه گذاری در آموزش و پرورش گرچه مشکل است لیکن دارای اهمیت ویژه ایی است و آثار مهمتری دارد(عمادزاده،1369،81).
مشارکت آموزش و پرورش در کارایی و بهره وری تولید را می توان به سه عامل و یا سه اثر متفاوت تقسیم بندی کرد:1-اثرکاری که عبارتست از توانایی ایی که براثر آموزش و پرورش و یا آموزش ضمن خدمت در نیروی کار بوجود می آید.2- توانایی تخصیصی که عبارتست از توانایی انتخاب بهترین متغیرهای مناسب و ممکن.3- توانایی ابداع: از طریق سیستم آموزشی، قدرت ابداع و خلاقیت و اعتماد به نفس در افراد ارتقا می یابد. از طرف دیگر دانش تنها موردی نیست که در مدرسه و دانشگاه تحصیل می شود، بلکه تعهد، تقید، وفاداری، مسئولیت در برابر جامعه، نظم و انضباط، کوشا و ساعی بودن، وقت شناسی، وظیفه شناسی، اتکا به نفس، قابلیت تطابق، منتقد بودن و بلاخره میهن پرست بودن از جمله مواردی هستند که جامعه انتظار دارد در مدرسه به نوجوانان و جوانان بیاموزند و ضمن ارزیابی و سنجش دانش آموزان و دانشجویان به موارد فوق نیز توجه کنند (عمادزاده، 1369، 82-81).

—d1924

1-5-1- تعریف GIS...................................................................................................................................................12
1-5-2- مزایای استفاده از GIS...............................................................................................................................12
1-6- مرور منابع .........................................................................................................................................................13
1-7- طبقهبندی روشهای استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر............................................................16
1-8- انواع سازههای استحصال آب .........................................................................................................................18
فصل دوم: مواد و روش تحقیق
2- مواد و روش تحقیق .............................................................................................................................................21
2-1- منطقه مورد مطالعه ........................................................................................................................................21
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی ...........................................................................................................................21
2-1-2- هوا و اقلیمشناسی ......................................................................................................................................21
2-2- روش تحقیق .....................................................................................................................................................22
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه ......................................................................................................22
2-2-2- تهیه نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .........................................................................................23
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه ................................................................................23
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا......................................................................................................................23
2-2-2-3- نقشه شیب................................................................................................................................................24
2-2-2-4- نقشه جهت شیب ..................................................................................................................................25
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما ..............................................................................................26
الف- بارش ....................................................................................................................................................................26
ب- رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه ...................................................................................................27
ج- رژیم حراتی ............................................................................................................................................................28
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه ......................................................................................28
2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف ........................................................................................28
2-2-3-1- مقدار بارش .............................................................................................................................................28
2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ......................................................................................................................29
2-2-3-3- شدت بارندگی .......................................................................................................................................29
2-2-3-4- رابطه ارتفاع و شدت بارش....................................................................................................................30
2-2-4- شرح تیپهای اراضی ..................................................................................................................................31
2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه سنگشناسی و حساسیت سازند به فرسایش....................................................31
2-2-5-1- چینهشناسی واحدهای رسوبی حوزه آبخیز سمبورچای ................................................................31
2-2-5-1-1- نهشتههای قبل از کرتاسه ...............................................................................................................31
2-2-5-1-2- نهشتههای کرتاسه ...........................................................................................................................32
2-2-5-1-3- نهشتههای پالئوسن- میوسن .........................................................................................................32
2-2-5-1-4- نهشتههای الیگوسن- میوسن ........................................................................................................32
2-2-5-1-5- نهشتههای کوارترنر ..........................................................................................................................34
2-2-6- تعیین نفوذپذیری خاک .............................................................................................................................34
2-2-7- گروه هیدرولوژیکی خاک ...........................................................................................................................36
2-2-7-1- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS .....................................................................................36
2-2-8- تهیه نقشه شاخص پوشش گیاهی ..........................................................................................................37
2-2-9- نقشه نوع استفاده از اراضی .......................................................................................................................38
2-2-10- تقسیمبندی حوزه به واحدهای هیدرولوژیکی و واحد کاری مناسب ............................................38
2-2-11- تعیین مساحت حوزه آبخیز سمبورچای و واحدهای هیدرولوژیک آن .........................................39
2-2-12- رتبهبندی آبراهههای حوزه آبخیز .........................................................................................................40
2-2-13- طول آبراهه اصلی .....................................................................................................................................41
2-2-14- تعیین ضریب شکل زیرحوزههای مورد مطالعه...................................................................................41
2-2-15- تعیین رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال
و 10 سال ......................................................................................................................................................................41
2-2-16- برآورد مقادیر رواناب در هر یک از واحدهای هیدرولوژیک .............................................................42
2-2-16-1- رابطه جاستین .....................................................................................................................................43
2-2-17- برآورد حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبورچای...........................................................44
2-2-18- محاسبه زمان تمرکز ................................................................................................................................44
2-2-19- نیمرخ طولی آبراهه اصلی و شیب آبراهه اصلی حوزه........................................................................46
2-2-20- برآورد دبی پیک سیلاب .........................................................................................................................46
2-3- بررسی صحت و دقت نقشهها ........................................................................................................................47
2-4- تحلیل دادهها.....................................................................................................................................................47
2-4-1- مدل وزنی طبقهبندی شده .......................................................................................................................47
2-4-2- روش مقایسه زوجی سلسله مراتبیAHP ..............................................................................................48
2-5- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب .........................................................................................51
2-6- مکانیابی عرصههای مناسب استحصال رواناب با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر .....................51
فصل سوم: نتایج
3- نتایج تحقیق و بحث در مورد آنها ....................................................................................................................53
3-1- طبقهبندی اقلیمی ...........................................................................................................................................53
3-2- نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب .......................................................................................................53
3-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف .............................................................................................60
3-3-1- مقدار بارش ..................................................................................................................................................60
3-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ..........................................................................................................................60
3-3-3- شدت بارندگی ..............................................................................................................................................61
3-4- نتایج مطالعات شدت بارش ............................................................................................................................62
3-5- تیپهای اراضی .................................................................................................................................................65
3-6- نقشههای سنگشناسی و حساسیت سازندها به فرسایش .......................................................................65
3-7- نتایج مطالعات نفوذپذیری خاک ...................................................................................................................67
3-8- تعیین گروههای اصلی خاک به روش SCS ...............................................................................................71
3-9- نقشه شاخص پوشش گیاهی .........................................................................................................................72
3-10- نتایج بررسی واحدهای کاری مناسب .......................................................................................................73
3-11- تهیه نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10
سال و مقادیر آن در هر واحد هیدرولوژیکی ..........................................................................................................76
3-12- رواناب تولیدی از واحدهای هیدرولوژیکی ...............................................................................................78
3-13- زمان تمرکز ....................................................................................................................................................80
3-14- دبی پیک سیلاب ..........................................................................................................................................81
3-15- وزندهی به پارامترها ...................................................................................................................................82
3-16- معیار الویتبندی دادهها ...............................................................................................................................82
3-17- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال رواناب .............................................................................85
3-18- حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبور چای ..........................................................................87
3-19- نقشه رواناب خالص تولیدی در منطقه ...................................................................................................89
فصل چهارم: بحث و نتیجهگیری
4-1- بحث و نتیجهگیری .........................................................................................................................................91
4-2- محدودیتهای پژوهش....................................................................................................................................94
4-3- نتیجهگیری کلی ..............................................................................................................................................95
4-5- پیشنهادات...........................................................................................................................................................96
منابع ..............................................................................................................................................................................98
پیوست ........................................................................................................................................................................103
فهرست اشکال
عنوان اشکالصفحه
شکل 3-1: نقشه مدل رقومی ارتفاعی54شکل 3-2: نقشه کلاسهبندی شیب55شکل 3-3: نقشه کلاسهبندی ارتفاعی56شکل 3-4: نقشه جهت طبقه بندی شده در 5 طبقه57شکل 3-5: نقشه کاربری اراضی58شکل 3-6: نقشه مدل رقومی بارش59شکل3-7: نقشه طبقات بارش در 5 کلاس ............................................................................................................59
شکل 3-8: نقشه مدل رقومی دمای متوسط سالانه60شکل 3-9: نقشه طبقات دمایی در 3 کلاس .........................................................................................................60
شکل 3-10: منحنی شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61شکل 3-11: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف62شکل 3-12: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..........................62
شکل 3-13: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال الف63شکل 3-14: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال ب ....................................63
شکل 3-15: نقشه طبقات شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف63شکل 3-16: نقشه کلاسهبندی شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب ..................................63
شکل 3-17: نقشه طبقات شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال الف64شکل 3-18: نقشه کلاسهبندی شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال ب .................................64
شکل 3-19: نقشه سازند زمین شناسی حوزه آبخیز سمبورچای67شکل 3-20: منحنی تغییرات سرعت نفوذ نسبت به زمان70شکل 3-21: سرعت نفوذ طبقهبندی شده در حوزه آبخیز سمبورچای71شکل 3-22: نقشه گروهبندی هیدرولوژیکی خاک در حوزه آبخیز سمبورچای72شکل 3-23: نقشه مقادیر NDVI در حوزه آبخیز سمبورچای73
شکل 3-24: نقشه زیر حوزهها و اطلاعات کلی حوزه آبخیز سمبورچای74شکل 3-25: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل الف76
شکل 3-26: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال شکل ب ..................76
شکل 3-27: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل الف77شکل 3-28: نقشه رواناب حاصل از شدت بارش یک ساعته با دوره بازگشت 10 سال شکل ب ..............77
شکل 3-29: پروفیل طولی آبراهه اصلی حوزه آبخیز سمبورچای80شکل 3-30، منحنی هیستوگرام جهت طبقه بندی پتانسیل تولید رواناب86شکل 3-31: طبقه بندی اراضی برای استحصال رواناب87شکل 3-32، نقشه حجم رواناب تولیدی در هر زیرحوزه88شکل3-33: نقشه رواناب خالص89فهرست جداول


عنوان جدولصفحه
جدول (2-1): طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده.......................................................................22
جدول (2-2): مشخصات ایستگاههای بارانسنجی........................................................................................26
جدول (2-3): میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی......27
جدول (2-4): مقیاسی برای مقایسه زوجی (مالکوسکی، 1999).......49
جدول 3-1: ضرایب خشکی دومارتن و نوع اقلیم درچند ایستگاه حوزه آبخیز سمبورچای53جدول 3-2: متوسط شیب درهر زیر حوزه به درصد55جدول 3-3: متوسط ارتفاع زیرحوزهها56جدول 3-4: مساحت کاربریهای مختلف اراضی58جدول 3-5: متوسط بارش سالانه در هر زیرحوزه به میلیمتر59جدول 3-6: درجه حرارت متوسط سالانه زیرحوزههابه درجه سانتیگراد60جدول (3-7)، محاسبه متوسط بارش سالانه ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع پیرسون III103جدول (3-8) محاسبه حداکثر بارش 24 ساعته ایستگاهها و مقادیر آنها در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از توزیع گمبل I104جدول 3-9: محاسبه عددی رابطه شدت- مدت- فراوانی ایستگاه برزند61جدول 3-10: شرح تیپهای اراضی حوزه آبخیز سمبورچای65جدول 3-11: راهنمای نقشه زمینشناسی و ضریب مقاومت سنگها به فرسایش66جدول 3-12: مقادیر رطوبت اولیه خاک در محل نمونهبرداری68جدول 3-13: مقادیر سرعت نفوذ لحظهای در آقامحمدبیگلو69جدول 3-14: متوسط سرعت ثابت نفوذ در زیرحوزهها بر حسب سانتیمتر بر ساعت70جدول 3-15: گروههای هیدرولوژیکی خاک در منطقه مورد مطالعه72جدول 3-16: مقادیر متوسط NDVI در هر زیرحوزه73جدول 3-17:پراکنش وسعت واحدهای کاری حوزه سمبورچای74جدول 3-18: رده آبراههها و طول آبراهه اصلی در هر زیرحوزه75جدول 3-19: مقادیر ضریب گراویلیوس در زیرحوزه75جدول 3-20: مقدار رواناب حاصل از شدت بارشهای نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال77جدول 3-21: مقادیر حداکثر، حداقل و متوسط رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10 سال در حوزه آبخیز سمبورچای78جدول 3-22: متوسط بارش سالانه و فصلی حوزه آبخیز سمبورچای به میلیمتر78جدول 3-23: متوسط بارش سالانه و فصلی در زیرحوزههای منطقه مورد مطالعه79جدول 3-24: ارتفاع رواناب فصلی حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب سانتیمتر79جدول 3-25: ارتفاع رواناب سالانه زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر79جدول 3-26: ارتفاع رواناب فصلی زیر حوزههای منطقه مورد مطالعه بر حسب سانتیمتر80جدول 3-27: زمان تمرکز حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-28: زمان تمرکز زیرحوزههای حوزه آبخیز سمبورچای81جدول 3-29: برآورد دبی پیک سیلاب با استفاده از روش دیکن81جدول 3-30: برآورد ضریب هر یک ازپارامترها درAHP82جدول 3-31: برآورد رابطه رگرسیونی بین جفت پارامترها83جدول 3-32: نتایج همبستگی مقایسه زوجی پارامترهای موثر در استحصال رواناب85جدول (3-33): مساحت و درصد طبقات87جدول 3-34: حجم رواناب سالانه و فصلی برای حوزه آبخیز سمبورچای بر حسب مترمکعب88جدول 3-35: حجم رواناب سالانه زیرحوزهها بر حسب مترمکعب88جدول 3-36: حجم رواناب فصلی زیرحوزهها بر حسب مترمکعب .........................................................89 فصل اول
مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته

1-1- مقدمه
مراتع یکی از مهمترین و با ارزشترین منابع طبیعی تجدیدشونده میباشند که نقش بسیار مهمی در حفاظت خاک، تولید آب، تولید گوشت و مواد لبنی دارند. علاوه بر آن محصولات فرعی مرتع همچون محصولات دارویی، صنعتی، خوراکی، حفظ حیاتوحش، تلطیف هوا، پایداری محیط زیست و نیز ذخیره ژنهای گیاهی از جمله استفادههای دیگری است که ارزش حاصل از آنها به مراتب از ارزش تولید علوفه‌ بیشتر بوده است (مقدم، 1377). بنابراین توجه به استفادههای چندگانه آن از طریق افزایش تولید و کاهش تخریب مراتع با بهرهبرداری صحیح و انجام عملیات اصلاح و احیاء امری ضروری و اجتنابناپذیر است.
به دلیل واقع شدن ایران در مناطق خشک و نیمهخشک کره زمین، تأمین آب شیرین سالم و کافی همواره مشکل بوده است. این واقعیت، سختی زندگی مرتعداران و مدیریت دام و بازدهی پایین تولید علوفه در مراتع را به دنبال داشته است. در مراتع مناطق جغرافیایی خشک و نیمهخشک دسترسی به آب مهم‌ترین اولویت است. این اهمیت فقط برای مصرف گلههای دامی نیست بلکه به خاطر زیستن و بقاء مرتع داران در این مناطق جغرافیایی نیز میباشد. مالکیت و حق استفاده از منابع آبی در این مناطق حداقل به اندازه حق بهرهبرداری از مراتع دارای اهمیت است. به همین دلیل آب اساسیترین نیاز بهرهبرداران از مراتع در مناطق خشک و نیمهخشک است (ایفاد، 2004).
در مراتع و به خصوص مراتع قشلاقی کشور، بحران کمبود آب برای مصرف انسان و شرب دام همیشه وجود داشته است. به طوری که بیان میشود ظرفیت مراتع برای تغذیه احشام در بسیاری از مراتع نقاط خشک بیشتر به علت کمبود آب آشامیدنی محدود میشود تا کمبود علوفه (آکادمی ملی علوم واشنگتن، 1364). استحصال آب تمیز از بارندگیهای خیلی کم و همچنین ذخیره کردن آب جمع آوری شده در یک منبع، از مزایای روش جمعآوری رواناب به شمار میآید (پیترسون، 1366). برخی دیگر نیز به کارگیری آب باران را برای رسیدن به توسعه پایدار منابع آب لازم میدانند و استفاده از آن را یک فنآوری کوچک مقیاس اقتصادی و کاربردی میدانند که در مناطق خشک و نیمهخشک به طور معنیداری به حفظ طبیعت و اکولوژی نیز کمک میکنند (اندرو، 2000). کشور ایران در منطقهای واقع است که متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم میزان بارندگی سالیانه جهان است و میزان آن 250 میلی‌متر گزارش شده است (کردوانی، 1379؛ محسنی ساروی، 1376).
رواناب آبخیزهای مرتعی از چند جهت دارای اهمیت میباشند. رواناب وقتی که در مخازن ذخیرهای جمع میشود، آب مصرفی دام را تأمین میکند. همچنین منبع آبی برای مناطق پاییندست یا مصارف محلی، صنعتی و کشاورزی در خارج از حوزه آبخیز را فراهم مینماید. رواناب به دلیل اینکه موجب شروع فرسایش، انتقال رسوب و مواد حل شدنی در درون رودخانه یا سد میباشد دارای اهمیت است. بنابراین، رواناب بیشترین آلودگی وارد شده به مسیر آب را تولید مینماید (محسنی ساروی، 1387).
جمعآوری آب باران، با اهداف و انگیزههای گوناگونی صورت میگیرد که هدف اصلی آن، بهینهسازی و مدیریت بهرهبرداری از آب باران بر اساس نیاز و مصرف است. بدین معنی که چون باران همواره و هر روز نمیبارد و یا بارش ناکافی است، از آن بهره برد. بدین ترتیب هر جامعه و هر کشوری که در این زمینه قدمهای بزرگ‌تر و مؤثرتری بردارد، موفقتر و آبادتر خواهد بود (طهماسبی و همکاران، 1385). جمعآوری آب باران نه تنها برای تأمین آب در ایام و روزهای بدون باران است، بلکه برای کنترل جریان رودخانهها و جلوگیری از آسیب رساندن به نواحی مسکونی و زراعتی پاییندست هم صورت میگیرد. همچنین برای تولید انرژی (برق) یا پرورش آبزیان جمعآوری میشود. در بسیاری از مناطق خشک و نیمهخشک با جمعآوری آب باران و تنظیم آن در بالادست حوزههای آبخیز، برای تقویت و بهبود عملکرد محصولات دیمکاری برنامهریزی میشود. بخشی از طرحهای آبخیزداری با همین هدف و نیز حفاظت آب و خاک صورت میگیرد. به این ترتیب امکان کوتاه کردن دورههای خشک به وجود میآید و دوره خشک سه ماهه، به دو ماه یا کمتر تقلیل مییابد و صدمه وارد شده به محصول یا هر نوع پوشش گیاهی کاهش پیدا میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). امکان دارد جمعآوری آب باران برای تغذیه سفرههای آب زیرزمینی، چشمهها و قناتها باشد. برای این کار، در بالادست قنوات و چشمهها در آبراههها، با احداث بندهای کوتاه، ولی متعدد از حرکت و خروج سریع رواناب جلوگیری میشود. این سیلابها به تدریج در زمین نفوذ میکنند و باعث افزایش آب‌دهی قناتها و چشمهها میشوند و در نتیجه، از تبخیر آب و آلودگی آب جلوگیری میکنند. به علاوه افت سطح ایستایی را، که امروزه مسئله مبتلا به اکثر دشتهای کشور ما است را تا حدودی جبران میکند (طهماسبی و همکاران، 1384). استحصال آب عبارتست از جمعآوری و ذخیره نمودن بارش در زمینی که در آن به منظور افزایش رواناب تغییراتی اعمال شده است (مایرز، 1964).کوریر (1973) جمعآوری آب را فرآیند جمعآوری بارش طبیعی از آبخیزها برای استفاده مفید تعریف کردند.
مفاهیم هیدرولوژیکی قرار دادی نخستین بار در سالهای 1930 و 1940 زمانی که منابع جریان بالادست رودخانهها به عنوان عاملی موثر بر جریانهای پایین دست مورد توجه قرار گرفته بودند، توسعه یافته است. از آنجایی که اغلب فعالیتهای مربوط به کاربری اراضی با سوء استفاده از منابع و اثرات منفی بر پایین دست رودخانهها همراه میباشد لذا یک مبنای مناسب برای تصمیمگیری ضروری به نظر میرسد. مفهوم سطح منبع متغیر محدوده کاملی از جریانات دامنهای را در بر میگیرد. واقعیت این است که این مفهوم یک سیستم پویا و دینامیک است که دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری میباشد و در شرایط بحرانی مختلف، وضعیتهای متفاوتی را در مسیرهای متنوع ارائه مینماید. پویایی جریانهای سیلابی تابعی از طول شیب و موقعیت گذرگاهها است. همچنین تراکم زهکشهای پویا در سطح حوزه در این امر بیتاثیر نخواهد بود به طوری که در طول یک بارش سنگین، تراکم زهکشی و طول شیب نقش فعالی را ایفا مینماید. تمام قسمتهای سطح یک حوزه آبخیز به طور مساوی در ایجاد رواناب دخالت ندارند. بسیاری از محققین درباره مفهوم سطح منبع متغیر تولید جریان رودخانهای، گزارشهای بسیاری را ارائه نمودهاند. در واقع این مفهوم فرض میکند که مناطق خاصی از سطح آبخیز در ایجاد رواناب دخالت دارند در صورتی که مناطق دیگر به عنوان مناطق تغذیه کننده و ذخیره کننده عمل میکنند (هولت، 1974). عوامل مهمی که در تعیین سطح تولید کننده رواناب دخالت دارند شامل وضعیت فیزیکی آبراهه، خصوصیات خاک و رگبار میباشد. کف درهها عموماً مناطقی هستند که در تولید رواناب دخالت دارند در حالی که سر یالها مناطق تغذیه کننده میباشند. مناطق بین کف درهها و سر یالها اغلب به عنوان مناطق دینامیکی مطرح میباشند که ممکن است در تولید رواناب یا در تغذیه آن شرکت نمایند. این مسأله بستگی به مقدار و خصوصیات موقتی رگبار، رطوبت قبلی و خصوصیات خاک منطقه دارد. میتوان گفت مناطق منبع، مناطقی هستند که پتانسیل بالایی برای تولید رواناب حتی با مقدار کمی بارش را دارند که میتوان با استفاده از سطح منبع متغیر، مناطق منبع یا مناطق تولید کننده رواناب را شناسایی و برای کنترل آلودگیها، استحصال رواناب، کودپاشی و دفع فاضلاب و مواد زائد کشاورزی استفاده کرد. همانطور که میدانیم برای حفظ کیفیت خاک در مراتع و تولید خوب علوفه نیاز به کودپاشی همواره احساس میگردد. با مشخص کردن مناطق تولید کننده رواناب میتوان مدیریت درست و اصولی را برای کودپاشی در نظر بگیریم و مناطق مورد نظر را با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. همچنین یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع و چرای بیش از حد مراتع، کمبود منابع آب در مراتع نمیباشد بلکه عدم توزیع یکنواخت منابع آبی در سطح مراتع میباشد که پس از مشخص شدن عرصههای تولید رواناب میتوان مدیریت جامعی را برای توزیع آبشخوار در مراتع انجام داد. از اهمیت دیگر تعیین سطح منبع متغیر جلوگیری از آلودگی در پایین دست حوزه آبخیز میباشد که با شناسایی مناطق منبع میتوان رواناب را در بالا دست حوزه آبخیز کنترل کرد. با دانستن این موضوع آبخیزدار قادر خواهد بود مناطقی را که میتوان با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهرهبرداری قرار داد و مناطقی که در آن‌ها چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. با همین روش مناطق مطمئن برای ریختن آشغال و فاضلاب، مواد زائد کشاورزی و دفن به آسانی انتخاب میشوند (محسنی ساروی، 1387).
1-2- هدف و ضرورت تحقیق:
امروزه تلاشهای بسیاری در جهت کاهش زمان و هزینههای مربوط به مکانیابی و تعیین مناطق بالقوه برای معرفی تکنیکهای جمعآوری در نواحی که نیازمند این فرآیند است مانند اکوسیستمهای کشاورزی آبی و دیم صورت پذیرفته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، رویکرد مناسبی را ارائه مینماید، زیرا این سامانه قابلیت پردازش ساختارهایی برای جمعآوری، ذخیرهسازی، تحلیل و تبدیل دادههای مکانی و زمانی را به منظور اهداف خاص را دارا میباشد (پادماواتی و همکاران،1993؛کوسکان و موساگلو،2004). پیشرفت تکنولوژیهای کامپیوتری و بستههای GIS ای، امکان ارزیابی و درونیابی دادهها را در محدودههای تخصصی به منظور مدیریت مکانی و آنالیز دادهها را برای کاربران فراهم میسازد. بنابراین ترکیبی از خصوصیات مکانی حوزهها، راندمان بالاتری را در پردازش هیدرولوژیکی منطقه به همراه دارد. بدین ترتیب پتانسیل کاربرد GIS برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی به ویژه هنگامی که دقت و صحت مدلسازی توسط برآوردهای توزیع مکانی و زمانی پارامترهای منابع آبی تحت تأثیر قرار گرفته باشد قابل ارزیابی میباشد (کلارک و گانگوداگامگ، 2001).
برای مشخص کردن مکان مناسب اجرای برنامههای مختلف با استفاده از GIS لازم است به شرایط مورد نیاز برای هر برنامه توجه شود و سپس نقشههای مختلف را با هم تلفیق کرد تا مکان مناسب اجرای طرحها مشخص شود. از اینرو انجام این پژوهش میتواند دستورالعمل مناسبی را در اختیار مرتعداران جهت تأمین آب از طریق روشهای استحصال آب باران قرار دهد. استفاده از GIS علاوه بر افزایش دقت، سبب افزایش سرعت انجام کار، تنوع و کیفیت بهتر ارائه نتایج، کاهش هزینهها، بایگانی و تکثیر راحتتر آن‌ها میگردد. بنابراین این پژوهش با اهداف زیر صورت گرفته است:
1- کارآیی GIS در مدیریت منابع طبیعی برای ذخیره ، تجزیه و تحلیل ، تلفیق دادهها و ارائه نتایج حاصل از اطلاعات، با تأکید بر ذخیره نزولات آسمانی در سطح مراتع.
2- مکانیابی عرصههای مناسب برای استحصال آب باران در سطح حوزه آبخیز.
3- توزیع و مدیریت مناسب آب باران با استفاده از الگوی سطح منبع متغیر.
1-3- تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن
در نظر عامه استحصال آب به صورت زیر تعریف میشود: جمعآوری روانابها از سطح بامها، زمینها و همچنین آبهای گذران فصلی جهت استفاده از روانابها.
جمعآوری آب باران عبارت است از مجموعه اقدامات و عملیات و فعالیتهایی که به ذخیره شدن روانابهای سطحی ناشی از بارش در داخل بانکتها، سطح تراسها و درون حوضچهها و استخرهای ذخیرهی آب برای مصارف گوناگون منجر میشود. این آب برای آبیاری محصولات و مصارف خانگی و ... ذخیره میشود تا در ایام بیباران، کمبود آب حدالامکان جبران شود (طهماسبی و همکاران ، 1385).
در تعریف جمعآوری آب باران بین متخصصان آبشناسی و آبیاری اختلاف نظر وجود دارد. بعضی از این کارشناسان حتی احداث سدهای مخزنی را هم در زمرهی کارهای جمعآوری آب باران میدانند (کلاف،1979). بسیاری از تحقیقات در هند و پاکستان و فلسطین اشغالی نشان میدهد که تلاش اصلی در این جهت است که مردم ساکنان مناطق خشک و نیمهخشک، با فناوری و روشهایی آشنا شوند که از بارندگی موجود با ایجاد رواناب بیشتر، جمعآوری مناسب، ذخیرهی سریع‌تر و عملیتر و محافظت در مقابل تبخیر و هدررفت، به آب بیشتری دسترسی پیدا کنند و امکان استمرار زندگی آن‌ها با حفظ الگوی کشاورزی و دامپروری محقق گردد (حسینی ابریشمی، 1373).
باید توجه داشت در اکثر مناطقی که آب به اندازهی کافی وجود ندارد، به دلیل تراکم کم جمعیت، زمینهای بسیاری وجود دارد، در نتیجه حداقل 5 تا 20 برابر آنچه که میتوان با آب باران موجود و آب زیرزمینی و ... به زیر کشت برد، زمین موجود است. بنابراین امکان تخصیص بخشی از اراضی برای جمعآوری رواناب و سیلاب در بسیاری از این مناطق وجود دارد (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران به روشهای گوناگونی انجام میشود. در مناطق خشک و نیمهخشک، کمبود آب با جمعآوری آب باران تا حدودی قابل جبران است، این کار شامل ایجاد رواناب، جمعآوری و ذخیره و حفاظت از آب ذخیرهشده است تا به مصرف گیاه و محصول مورد نظر برسد، یعنی از یک طرف در حد امکان در عمق ریشه و در دسترس ریشه ذخیره شود و از طرف دیگر در سطح خاک خیلی راکد باقی نماند که تبخیر شود (طهماسبی و همکاران، 1385).
جمعآوری آب باران در مفهوم گسترده، کلیه روشهای مربوط به متمرکز کردن، ذخیرهسازی و جمعآوری رواناب حاصل از آب باران را به منظور مصارف خانگی و کشاورزی را دربر میگیرد (راکشتورم، 2000؛ شودرلند و فن، 2000). این سیستمها میتوانند در سه گروه عمده طبقهبندی شوند: 1- حفظ رطوبت در مکان (حفاظت آب و خاک) 2- تمرکز رواناب به منظور کشت محصولات در سطح زمین 3- جمعآوری و ذخیره رواناب از سقفها و سطح زمین (در ساختارهای مختلف به منظور مصارف خانگی و کشاورزی) (فالکن مارک و راکشتورم، 2004).
استفاده تولیدی نیز شامل تأمین آب شرب و ذخیره آن، تمرکز روانابها برای گیاهان، درختچهها و درختان و یک استفاده کمتر متداول یعنی پرورش ماهی و اردک میباشد.
واژه استحصال آب برای اولین بار توسط گدس (1963) به کار برده شد، اگر چه این واژه یک واژهی هیدرواگرونومی است، اما هنگامی که برای مهار رواناب سطحی به کار برده شود، میتوان آن را جزو واژگان هیدرولوژی به حساب آورد. علت این امر مبتنی بر توان بالقوه استحصال آب در تأمین و حفاظت آب، مهار سیلابها و فرسایش خاک است. مایرز (1975) و پاسی و کالیس (1986) بر اساس تعریف گدس، "جمعآوری و ذخیره هر نوع رواناب سطحی برای مصرف در کشاورزی" را استحصال آب نامیدهاند.
تعاریف فوق هر چند دارای مفهوم گستردهای است اما بیانگر تعریف کاملی از استحصال آب نمیباشد، زیرا جمعآوری و ذخیره روانابهای سطحی تنها نمیتواند با هدف مصرف آب برای کشاورزی و محدود به آن باشد. از این رو متخصصین زیادی سعی در ارائه‌ی تعاریف جامعتر و گویاتر بعد از تعریف ارائه شده توسط گدس نمودند. به نحوی که هر یک با هدف ویژه مورد نظر خود تعاریفی را بیان داشتهاند (اسمعلی و عبداللهی، 1389).
پاسی و کالیس (1986) با محدود کردن موضوع استحصال آب به جمعآوری آب باران و روانابهای ناشی از آن از طریق احداث سطوح آبگیر کوچک مقیاس که نزولات جوی مستقیما بر آن‌ها نازل میشود، به صورت "جمعآوری و ذخیره آب باران در محل نزول، جهت تأمین آب برای مصارف مختلف" تعریف کردهاند.
مایرز (1964) بیان داشت "به فرآیند جمعآوری و ذخیره بارش از زمینی که به منظور افزایش رواناب حاصل از باران و ذوب برف دست‌کاری شده باشد" را استحصال آب گویند.
هادسون (1981) با ارائه تعریف مشابه، استحصال آب در محل نزول ریزشهای جوی و در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی را به عنوان استحصال آب برای تأمین و حفاظت آب تلقی نموده است.
با توجه به تعاریف فوق استحصال آب مشتمل بر جمعآوری ذخیره و بهرهبرداری از آبهای جمعآوری شده است که منشأ آبهای استحصالی نیز بارشهای جوی و روانابهای ناشی از آن‌ها در اولین مراحل تشکیل و قبل از پیوستن به رودخانههای دائمی است.
الگوهای بارش در نواحی نیمهخشک از لحاظ پراکنش مکانی و زمانی، غیرقابل پیشبینی هستند. بنابراین برای دستیابی به یک مدیریت موفق، کنترل رواناب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد (امبیلینی و همکاران، 2000). گذشته از این، با توجه به اینکه در چنین مناطقی، حجم اندکی از بارندگی به ناحیه ریشه میرسد، تولید ضعیف محصول و حتی در برخی موارد، عدم موفقیت محصول میتواند از جمله عوامل محدود کننده در چنین مناطقی باشد که استحصال آب از رواناب باران می‌تواند به مشکل کم آبی در منطقه کمک کند (راکشتورم ،2000). مورد دیگر مربوط به توزیع بارندگی میباشد. توزیع بارندگی فرآیندی در خصوص تکرار بارش در فصل خشک میباشد که در چنین مناطقی قابلیت دسترسی آب در خاک در طول فصل رشد، ضعیف میباشد (راکشتورم، 2000). این امر موجب کاهش پتانسیل تولید محصول و در شدتهای زیاد موجب افزایش خطر نابودی محصول میگردد. به این ترتیب کنترل و جمعآوری رواناب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا حجم رواناب دریافتی میتواند به طور موثری برای حمایت از محصولات کشاورزی طی یک روش محیطی و اقتصادی مناسب، بهرهبرداری گردد (زیادت و همکاران، 2006).
این واقعیت که بارش باران در مناطق خشک و نیمهخشک بسیار ناچیز است و یک میلی‌متر آب ذخیره شده برابر یک لیتر در مترمربع است. اهمیت ذخیرهی آب، جدا از مقدار آب جمعآوری شده، مشخص میشود. از میان سه عامل خاک، آب و انرژی خورشیدی، آب مهمترین عامل محدود کننده تولیدات گیاهی در مناطق خشک است. در بسیاری از نقاط کشور به علت عدم وجود منابع با کیفیت مناسب آب، زندگی و حیات عدهی زیادی از مردم به بهرهبرداری از رواناب و استحصال آب بستگی دارد. به عنوان مثال در منطقه چابهار جمعیتی معادل 338407 نفر از طریق استفاده از رواناب و سیل که با مشارکت اهالی احداث شده، به حیات خود ادامه میدهند (ازکیا، 1374). در شهرستان بیرجند، 82 هزار هکتار اراضی دیم گندم با استفاده از آب باران و بندسار به وجود آمده است. در گناوه حوزه آبخیز درهی گپ، با استفاده از بندسارها به کشت خرما اشتغال دارند (صفاری، 1383). در کل منافعی که مردم از جمعآوری آب دارند، بر زندگی اجتماعی و اقتصادی آن‌ها موثر است و نقش کلیدی در احیا و جلوگیری از تخریب زمینها توسط فرسایش آبی و بادی و ایجاد زمینهای بایر دارد.
هنگامی که استحصال آب برای ذخیرهسازی آن در توده خاک مد نظر باشد، در این صورت سهولت دسترسی گیاهان به آب را دنبال خواهد داشت. نتایج تحقیقات انجام شده بر این نکته تاکید دارند که میزان آب موجود در پروفیل خاک، به ویژه در عمق سطحی خاک، تابعی از رطوبت موجود در عمقهای زیرین است و استحصال ریزشهای جوی در محل نزول، عامل اصلی در افزایش رطوبت مورد نیاز گیاهان در محل استقرار آن‌ها تلقی میشود. این موضوع در شرایطی که میزان بارندگی در فصل رشد گیاهان کافی نباشد، از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و ذخیره رطوبت در خاک در فصول پرباران تا حد قابل توجهی نیاز گیاهان را تأمین میکند (راویتز و همکاران، 1981).
در انتخاب روش، قبل از هر چیز جنبههای فرهنگی و اجتماعی باید مورد توجه قرار گیرد، زیرا در موقعیت و شکست فنآوریها اثر میگذارد. از این رو باید به خواستها و علائق مردم و همچنین هزینههای لازم توجه خاص به عمل آید. علاوه بر ملاحظات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی، در یک برنامه استحصال آب رعایت جنبههای فنی که باعث پایداری میشود، از اهمیت والایی برخوردار است و باید مورد توجه قرار گیرد.
با توجه به اهمیت جمعآوری آب باران در ایران و استفاده از آن در کشاورزی و شرب به چند نکته اشاره میکنیم:
1- هدر رفتن 40 تا 50 میلیارد متر مکعب در سال از آبهای سطحی کشور.
2- فروکش کردن سطح سفره آب زیرزمینی و ضرورت تغذیه بیشتر آن.
3- شور شدن اراضی در بعضی از مناطق مثل خوزستان که رواناب کشور به دلیل جمعآوری نشدن در بالا دست، به آن مناطق سرریز و باعث شور شدن اراضی میشود.
4- ضرورت ایجاد اشتغال در حوزه کشاورزی و منابع طبیعی کشور و تأمین آب در حکم اولین عامل مورد نیاز و اولین عامل امکانسنجی.
5- ضرورت افزایش سرانه پوشش جنگلی که در جهان 7/0 تا 8/0 هکتار برای هر نفر و در ایران 2/0 یا کمتر از آن برای هر نفر است.
6- حفاظت خاک و حفظ حجم مفید مخازن سدهای ساخته شده و در دست احداث.
7- عقب بودن سیستم شبکههای آبیاری و زهکشی، به طوری که از حدود 26 میلیارد مترمکعب جمعآوری شده به کمک سدها، تنها 6 میلیارد مترمکعب در سیستمهای مهندسی آبیاری و زهکشی جریان مییابد.
8- وسعت کشور و اهمیت حفاظت آن در همه مناطق مستعد از نظر بهرهبرداری و مسائل امنیتی.
9- اهمیت سرمایهگذاریهای کوچک با جمعآوری آب باران، به خصوص در مناطق محروم.
10- اهمیت جمعآوری آب از نظر مسائل زیست محیطی تا بسیاری از آلودگیهای وارد شده به سدها را کنترل کند. مثال بارز این آلودگی، سد قشلاق سنندج است که در اثر جریانهای فصلی، آلوده شدهاست.
11- کنترل و مهار رواناب برای کنترل سیلاب و کاهش خسارتهای وارد شده به اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی و ساختمانها و تأسیسات راهها.
1-4- مزایای بهرهگیری از سیستمهای استحصال آب
تحقیقات نشان داده است که اگر از سیستمهای بومی موجود استفاده شود و اطلاعات جدید به استفادهکنندگان انتقال یابد و انجام روشها هدفمند باشد، به بهینهسازی مصرف آب کمک میکند (اسمعلی و عبداللهی، 1389) به طوری که:
برای بیابانزدایی نیازمند به برنامهریزی دراز مدت است. با احیا و توسعهی سیستمهای استحصال آب، بین مقابله با بیابانزایی و توسعه استفاده از منابع آب، هماهنگی به وجود میآید.
باعث هماهنگی بین منافع اکولوژیکی، اقتصادی و اجتماعی میشود. زیرا که به افزایش پوشش گیاهی، بهبود وضع معیشتی و ایجاد مشارکت و همدلی بین مردم میانجامد.
با اجرای این شیوه یک مدیریت تدریجی در منابع حاصل میشود.
انجام پروژه به خودکفایی و احیای اقتصادی منجر و باعث تداوم برنامهها و مدیریت بیشتر میشود.
از تخریب مراتع و فرسایش خاک جلوگیری میشود.
راندمان استفاده از منابع افزایش مییابد.
اراضی تخریب یافته و زمینهایی که منشا رسوباند، با هزینه کمی احیا میشوند.
برداشت از سفرههای زیرزمینی کاهش یافته و بین برداشت و تغذیه هماهنگی به وجود میآید و روند شوری کاهش مییابد (به واسطهی استفاده از آب با کیفیت بالا).
1-5- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
برنامهریزی جهت انجام هر کاری نیازمند داشتن اطلاعات مربوط به آن است که این نیازمندی برای استفادههای انسان از سرزمین نیز صادق است. بدون داشتن اطلاعات مربوط به منابع اکولوژیکی اساساً نمی‌توان بخشهای دیگر فرآیند برنامهریزی استفاده از سرزمین را انجام داد. گردآوری اطلاعات در ابتدا با آماربرداری و نمونهبرداری از منابع انجام میشد، اما برنامهریزی دقیق و بهتر نیازمند اطلاعات مکانی از منابع یا اطلاعات فضایی منابع میباشد که آن را برنامهریزی با نقشه میگویند. سیستم اطلاعات جغرافیایی در دهه 1970 برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از دادههای جغرافیایی توسعه یافتند. مرور علمی بر به کارگیری GIS در جهان نشان میدهد که طراحی و توسعه این سامانه در سال 1963 در کانادا آغاز شد و در سال 1965 به صورت اجرایی در آمد. اولین نمونه GIS در کشور کانادا تحت عنوان CGIS نامیده شد. در حال حاضر این سیستم در بسیاری از کشورهای جهان به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. گستردگی مفهوم و زمینههای کاربرد این سامانه موجب شده است تا واژهGeo Information Sys-- نیز به آن اطلاق و به طور روزافزونی در منابع علمی مورد استفاده قرار میگیرد. لازمه استفاده از GIS داشتن دانش کافی از مبانی، اصول و سازماندهی آن است و نیز آگاهی از قابلیتها و محدودیتهای آن میباشد (مخدوم، 1380).
1-5-1- تعریف GIS
برای GIS تعاریف مختلفی ارایه شده است که به برخی از آن‌ها اشاره میگردد:
مجموعهای از ابزارهای قوی برای گردآوری، ذخیرهسازی، بازخوانی، تغییر شکل و نمایش دادههای مکانی مربوط به جهان واقعی و برای اهداف مشخص میباشد (بوروغ، 1996).
GIS یک سیستم کامپیوتری برای ورود، ذخیرهسازی، بازیابی، آنالیز و نمایش دادههای مکانی است (کلارک، 1986).
به طور کلی GIS برای جمعآوری و تجزیه و تحلیل دادههایی استفاده میشود که موقعیت جغرافیایی آن‌ها یک مشخصه اصلی و مهم محسوب میشود. وظایف یک GIS در چهار گروه کلی شامل کسب، نگهداری، تجزیه و تحلیل و تصمیمگیری میباشد. GIS میتواند به عنوان ابزار سودمند و مفید در جهت نیل به اهداف خاص مورد استفاده قرار بگیرد، همچنین این سامانه میتواند به عنوان واسطه و پلی بین اطلاعات خام و مدلهای جمعآوری رواناب جهت خروج مطمئن دادهها و پردازش آن‌ها به کار گرفته شود، که این سامانهها دارای دو ویژگی هستند:
- ایجاد ارتباط دو طرفه بین اجزای نقشه و دادههای مربوط به آن‌ها در پایگاه دادهها.
- انجام تحلیل بر اساس دادههای موجود و اجرای مدلهای مختلف در منطقه مورد بررسی و کمک به پژوهشگران در ایجاد مدلهای نوین و منطبق با ویژگیهای محل.
1-5-2- مزایای استفاده از GIS
با استفاده از محیط GIS و امکانات نرمافزاری و سختافزاری این سیستم و همچنین با پیاده کردن راهحلهای ریاضی و منطقی در GIS میتوان مدلهای تجربی را به صورت رقومی در یک چارچوب قابل پردازش ارائه کرد.
ویژگی بارز و با ارزشی که GIS را از دیگر سیستمهای اطلاعاتی جدا میسازد، توانایی به کارگیری توأم دادههای مکانی و توصیفی است. توانایی مدیریت عوارض جغرافیایی با مقیاسهای مختلف، از ابزارهای دیگر GIS است که در علوم مختلف کاربرد فراوان دارد.
از نکتههای بسیار مهم در به کارگیری GIS، محاسبه ارزشهای وزنی برای عوامل مختلف حوزه آبخیز است. علاوه بر این GIS به هنگامسازی دادههای وارد شده را در هر زمان امکانپذیر میسازد. بدین ترتیب در صورت هر گونه تغییر در سیمای طبیعی زیرحوزهها، با دخالت آن‌ها میتوان نتایج جدیدتر را اخذ کرد.
1-6- مرور منابع
آکادمی ملی علوم واشنگتن (1985) نشان داد که بهبود منابع تأمین آب شرب در مراتع نیمهخشک یا نقاط دوردست حوزه آبخیز، ارزش چراگاهی آن‌ها را بالا میبرد و استفاده کاملتر از علوفه آن‌ها را امکانپذیر میسازد.
ریسزوو همکاران (1991) نسبتهای مختلف سطح جمعآوری کننده آب باران به سطح زیر کشت را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند عملکرد محصول با نسبت 1 به 1 در مقایسه با شاهد 71/1 برابر عملکرد محصولات غلات شده است.
بور (1994) با انجام آزمایشاتی در پاکستان، سیستم جمعآوری آب باران برای درخت پسته، سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب باران را برای منطقهای با بارش متوسط سالانه 240 میلی‌متر، 40 متر مربع ذکر کرده است.
گوپتا (1994) اثر اقدامات و عملیات استحصال آب باران را برای گیاه Neem در مناطق بیابانی هند را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفت که تولید بیوماس گیاه Neem تا 4 برابر و از 69/1 تن در هکتار به 3/6 تن در هکتار رسید.
بور و بنعاشر (1996) تحقیقات مشابه را در فلسطین اشغالی و نیجر برای محصولات مختلف انجام دادهاند و سطح مناسب جمعآوری کننده رواناب و مقدار تلفات نفوذ عمقی در سالهای پرباران، با باران متوسط را محاسبه کردهاند.
اسچیتکاک و همکاران (2004) تأثیر تکنیکهای جمعآوری آب با حفظ آب و خاک در جنوب استرالیا را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که به ویژه در سالهای خشک در حوزه ایمپلوویوم میتوان آب مورد نیاز برای آبیاری تکمیلی را برای کشت درخت زیتون فراهم کنند به شرط آنکه با توجه به بارش متوسط 235 میلی‌متر، نسبت حوزه آبخیز به تراسهای جمعآوری کننده رواناب حداقل 4/7 باشد.
وینار و همکاران (2005) به بررسی پتانسیل حوزه آبخیز توکلا در جنوب آفریقا برای جمعآوری آب باران از طریق GIS پرداختند و به این نتیجه رسیدند که 18 درصد از منطقه پتانسیل بالایی برای تولید رواناب دارد.
ذاکاری و همکاران (2007) به مقایسه مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) و مدل ابزار یا ارزیابی آب و خاک با سطح منبع متغیر (SWAT-VSA) به پیشبینی رواناب در منطقه کانونسویل در شمال نیومکزیکو پرداختند. آنها همچنین رواناب لحظهای، رواناب سطحی و سفره آب زیرزمینی که در سطح بالاتر از دیگر سفرههای آب زیرزمینی قرار گرفتند را نیز با استفاده از دو مدل فوق مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسیدند که مدل تلفیقی SWAT-VSA پیشبینی بهتری را انجام میدهد. آنها همچنین نتیجه گرفتند که مدل SWAT-VSA جهت ارزیابی و راهنمایی و مدیریت منابع آبی کاربردیتر است و میتواند به طور دقیقتری پیشبینی کند که رواناب از کجا آغاز میشود تا به صورت بحرانی تحت مدیریت قرار بگیرد.
شیائو و همکاران (2006) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی را برای کشت گندم در بهار در هایونچین را مورد ارزیابی قرار داده و نشان دادند که استفاده از آب ذخیره شده برای آبیاری تکمیلی برای کشت در فاروهای بین خطالرأسها 5/5 تا 8/5 درصد بوده است ولی در کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها 4/9 تا 6/9 درصد بوده است. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که با استفاده از آب باران جمعآوری شده میتوان میزان آب استفاده شده در روش کشت در گودالهای بر روی خطالرأسها را 40/4 درصد در مقابل کشت در فاروها بهبود بخشید.
امبیلینی و همکاران (2007) به مکانیابی مناطق دارای پتانسیل خوب برای جمعآوری آب باران پرداختند و به این نتیجه رسیدندکه 6/23 درصد از حوزه آبخیز ماکانیا در منطقه کلیمانجارو تانزانیا بسیار مناسب برای جمعآوری آب باران میباشد.
ونگ کاهیندا و همکاران (2007) اثر جمعآوری آب باران و آبیاری تکمیلی به منظور افزایش بهرهوری کشاورزی وابسته به باران در مناطق نیمهخشک زیمباوه را بررسی و نتیجه گرفتند که آبیاری تکمیلی ریسک ناشی از شکست کامل محصول از 20 درصد را به 7 درصد کاهش داده و تولید آب از رواناب باعث افزایش تولید محصول از 75/1 کیلوگرم در مترمکعب به 3/2 کیلوگرم در مترمکعب با توجه به کاهش بارندگی درون فصلی شده است.
استورم و همکاران (2009) اقتصادی بودن برداشت آب باران به عنوان منبع آب جایگزین در سایت روستایی در شمال نامبیا را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق که سقف آهنی موجدار پشت بامها به عنوان مناطق جمعآوری آب باران استفاده شده به این نتیجه رسیدند که این سیستمها از نظر اقتصادی امکانپذیر میباشند.
اسماعیلی (1997) اثر روشهای مختلف استحصال آب باران در عرصههای منابع طبیعی تجدید شونده در آذربایجان شرقی را مطالعه کرده و نتیجه گرفت که این روشها باعث افزایش سبز شدن بذور مرتعی تا میزان 5 برابر شده است.
گازریپور (1997) جمعآوری آب باران برای کشت درخت بادام در منطقهای با بارندگی سالانه 200 میلی‌متر را بررسی کرده و نتیجه گرفت در حوضچههایی با شیب 2 تا 5 درصد، عملکرد بادام تا 40 درصد نسبت به سطح شاهد افزایش داشته است.
طهماسبی و همکاران (1384) رابطه مشخصات اقلیمی، خاک و نیاز آبی ذرت علوفهای (SC 704) در منطقه لشگرک برای طراحی سیستم جمعآوری آب باران در مناطق خشک و نیمهخشک را مورد بررسی قرار دادند و با توجه به دوره رشد گیاه، نیاز آبی، عمق خاک و عمق ریشه نسبت سطح جمعآوری کننده رواناب به حجم مخزن یا استخرهای سرپوشیده مورد نظر برای تأمین حداقل یک سوم تا حدود دو سوم آب مورد نیاز گیاه به ترتیب در سالهای خشک و سالهای پرباران را محاسبه کردهاند.
طهماسبی و رجبیثانی (1385) جمعآوری آب باران در عرصههای طبیعی را راهحلی برای رفع مشکل کم آبی در مناطق خشک و نیمهخشک دانسته و بر اساس مطالعهای که در حوزه آبخیز لتیان انجام داد مناسبترین سطح جمعآوری کننده رواناب برای گیاهان مختلف و نیاز آبی معین را بدست آورد و با انجام پژوهشی مشخص شد چنانچه بخشی از آب باران در استخری ذخیره شود امکان توسعه سطح زیر کشت درختان در مناطق خشک و نیمهخشک وجود دارد.
صادقی و همکاران (1385) به مقایسه دیمزارها و مراتع فقیر در تولید رواناب و رسوب در تابستان و زمستان را با استفاده از بارانساز مصنوعی در حوزه گرگک در استان چهار محال بختیاری انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که میزان رواناب و رسوب در فصل تابستان در مراتع فقیر در سطح اعتماد 99 درصد بیشتر از دیمزارها میباشد در صورتی که در فصل زمستان تولید رواناب و رسوب در دیمزارها در سطح اعتماد مشابه بیشتر از مراتع فقیر میباشد.
مدیریت منابع تجدیدشونده و توسعه پایدار امروزه نیازمند مناسبترین و سریعترین روش تهیه و تلفیق اطلاعات جهت مدیریت بهینه و برنامه‌ریزی‌های خود میباشد. در این زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) میتواند این نقش را به خوبی به عهده گیرد (نامجویان، 1381).
1-7- طبقهبندی روشهای استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر
با توجه به منشأ اصلی آب، سامانههای سطوح آبگیر باران به چهار گروه به شرح زیر تقسیم میشوند (ریج و همکاران، 1987):
الف- سامانه ویژهی استحصال آب رودخانههای دائمی و فصلی.
ب- سامانه ویژه استحصال آب از منابع زیرزمینی و روانابهای زیر قشری.
ج- سامانههای ویژه استحصال مستقیم آب باران در محل نزول و یا در اولین مراحل تشکیل روانابهای سطحی و ورقهای شکل.
د- سامانه ویژهی استحصال تندآبها و سیلابها به صورت روانابهای سطحی متلاطم و متمرکز در پای دامنههای شیب‌دار، خشکهرودها، آبراههها و مسیلها.
افزون براین، سامانههای سطوح آبگیر باران را میتوان از لحاظ موقعیت محل استقرار، نوع تیمارهای مصنوعی در سطوح آبگیر، شکل ظاهری، چگونگی عملکرد، کاربرد و نوع رواناب (از لحاظ عمق و حجم جریان آب) به شرح زیر طبقهبندی کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):
الف- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح تیمار شده (مصنوعی)، شامل:
الف-1- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیرهی آب جهت مصارف شرب و خانگی.
الف-2- سامانههای جمعآوری آب باران برای ذخیره رطوبت در پروفیل خاک جهت زراعت، درختکاری و احیای پوشش گیاهی در مراتع از طریق استحصال مستقیم ریزشهای جوی در محل نزول و یا روانابهای سطحی و ورقهای.
ب- سامانههای سطوح آبگیر باران با سطح آبگیر طبیعی شامل:
ب-1- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای نسبتاً متلاطم برای آبیاری تکمیلی و یا زراعت سیلابی از طریق ذخیره رطوبت در پروفیل خاک و یا تغذیه مصنوعی آبخوانهای نیمهعمیق و استحصال آب از طریق چاههای دستی.
ب-2- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم از طریق ذخیره آب در حوضچهها و مخازن سطحی، جهت تأمین آب شرب دامها و آبیاری تکمیلی.
ب-3- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای متلاطم پرحجم با هدف پخش سیلاب جهت زراعت نیمهدیم، احیای پوشش گیاهی در مراتع، ایجاد مراتع مشجر و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
ب-4- سامانههای جمعآوری آب باران و روانابهای سطحی با سطوح آبگیر تلفیقی (مصنوعی و طبیعی) جهت ذخیره رطوبت در پروفیل خاک برای زراعت، احیای مراتع، تغذیه آبخوانهای نیمه عمیق و یا ذخیرهسازی آب جهت مصارف مورد نظر.
ج- سامانههای سطوح آبگیر باران زیرزمینی، شامل:
ج-1- سامانههای کاریز یا قنات.
ج-2- سامانه چاه افقی.
علاوه براین، برخی از متخصصین استحصال آب، سامانههای سطوح آبگیر باران را از نظر شکل و کاربرد به گروههای متفاوتی تقسیم کردهاند. به نحوی که در این خصوص مهمترین تقسیمبندی انجام شده شامل موارد زیر است(اسمعلی و عبداللهی، 1389):
1- سامانههای سطوح آبگیر باران مصنوعی جهت جمعآوری آب برای تأمین آب شرب انسان و دام و مصارف خانگی.
2- سامانههای سطوح آبگیر مصنوعی و تیمار شده جهت جمعآوری آب برای تأمین آب کشاورزی و ذخیره رطوبت در پروفیل خاک با هدف احیای پوشش گیاهی در مراتع و جنگلکاری در مناطق خشک و نیمهخشک.
لازم به توضیح است که منظور از سطوح آبگیر تیمار شده، سطوح آبگیری هستند که با انجام یک سری اقدامات نظیر تسطیح، جمعآوری سنگریزه و بقایای گیاهی، کوبیدن و فشردن خاک، سنگفرش و ایجاد سطح غیرقابل نفوذ با استفاده از مواد شیمیایی، سیمان، مالچهای نفتی و ... آماده میشوند.
1-8- انواع سازههای استحصال آب
به طور کلی انواع سازههای استحصال آب باران را میتوان به شرح زیر بیان کرد (اسمعلی و عبداللهی، 1389):
1- بند مخزنی: روش جمعآوری آب به وسیله بند به شکل گسترده در بسیاری از مناطق کشور رواج دارد. با وجود این، متاسفانه آموزش افراد بومی در مهارتهای تکنیکی همگام با اجرای این فن پیش نرفته است، در نتیجه نگهداری و بهرهبرداری از مخازن بیشتر به عهدهی سازمان مرکزی حکومت است.
2- بند رسوبگیر و تنظیمکننده: ثابت شده است در نواحی خیلی خشک، رسوبگیرها موثرتر و قابل اعتمادتر از سیستمهای دیگر جمعآوری آب هستند. با وجود این، کم بودن حجم ذخیره رسوبگیرها ممکن است مانعی برای استفاده از این روش در کشاورزی روی زمینهای وسیع باشد.
3- حفیره: حفیره را میتوان به آسانی طراحی و ساخت. به طوری که این گونه مخازن قادرند با غرقاب کردن زمین، حجم نسبتا زیادی آب را ذخیره کنند. در مناطق نیمهخشک استفاده از حفیره به خاطر سهولت احداث و به کارگیری آن در سیستمهای یکپارچه برای محصولات و کاشت گیاهان مرتعی مناسبتر است.
4- هوتک: هوتکها در اساس پشته خاکی کوچکی است که در قسمتهایی که سیلاب جاری میشود ساخته میشود (کوثر، 1374).
5- خوشاب: در بخش جنوبشرقی ایران این سیستم سنتی به منظور زراعت سیلابی به کار گرفته شده است.
6- سازههای مهندسی: این سازهها دایرههای کوچک یا مربع در روی زمیناند که با ملات آهک و یا سیمان و آهک و ماسه معمولی و ... ساخته میشوند و با به کارگیری آهن و شبکههای آهنی، ورودی و خروجی آنها محافظت میشوند.
7- سازههای تراوشی: یک روش بینظیر ذخیره آب و حفظ رطوبت در پروفیل عمیق و مناسب خاک است که توسط موانع طبیعی حوزهی آبخیز احاطه شدهاند. در این سیستم، رواناب بالادست و سطوح سنگی، در پایین درهها و موانع متوالی جمع میشود و برای ایجاد زراعت در سطح آنها استفاده میشود.
8- سازههای عرضی: که شامل احداث سازههای عمود بر جهت جریان است که یک مقطع خاکریزی همراه با سرریز بوده و برای نگهداشت آب به منظور غرقاب کردن اراضی بالادست در طی فصل بارانی به کار میرود.
9- آهار: در واقع مجموعهای از خاکریزهای به ارتفاع 3 مترند که در اراضی با شیب بسیار کم بر روی خطوط تراز احداث میشوند و طول خاکریزها در برخی موارد به چندین کیلومتر میرسد.
10- آبانبار: روشی برای دسترسی و استفادههای مستقیم از آبهای زیرزمینی است. در آبانبار به جای اینکه با احداث چاه، آب را توسط وسایلی به سطح زمین برسانند با احداث پلههای زیرزمینی، مستقیما به سراغ آن میروند.
11- تورکینست: یک نوع سازهی آبخیزداری است که عموما برای مناطق کم شیب به منظور ذخیره و جمعآوری آب باران و سیلاب احداث میشود. شکل معمول تورکینست دایرهای متمایل به بیضی است.
فصل دوم
مواد و روشها
2- مواد و روشها
2-1- منطقه مورد مطالعه
2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی
حوزه آبخیز سمبورچای با مساحت 3/748 کیلومترمربع درشمال استان اردبیل و به دلیل وسعت زیاد، به مقدار 94/72 درصد برابر 07/544 کیلومترمربع در محدوده شهرستان گرمی (مغان)، 68/19 درصد برابر 92/147کیلومترمربع از جنوب در محدوده شهرستان مشگینشهر و 37/7 درصد آن برابر 29/56 کیلومترمربع از شمال در محدوده شهرستان بیلهسوار قرار گرفته است و از نظر موقعیت جغرافیایی بین 14،19،47 تا 59،55،48 طول شرقی (E) و 18،6،37 تا 39،42،39 عرض شمالی (N) واقع شدهاست.
حداکثر ارتفاع حوزه آبخیز 2244 متر در جنوب غربی و حداقل ارتفاع در خروجی آن برابر 320 متر از سطح دریا می‌باشد که به رودخانه دره رود منتهی میشود.
2-1-2- هوا و اقلیم شناسی
این منطقه دارای آب و هوای نیمهخشک است. بارشهای سالانه ایستگاههای موجود در منطقه، در یک دوره مشترک 12 ساله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند. به منظور تجزیه و تحلیل بارش منطقه، از آمار بارش ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است که در نهایت 12 ایستگاه بارندگی از سازمان هواشناسی کشور را شامل میشود. بر اساس مجموعه آمار ایستگاههای موجود، متوسط بارندگی سالانه 236 میلی‌متر است که از 291 تا 386 میلی‌متر تغییر میکند. در این تحقیق صرفاً از آمار بارش سازمان هواشناسی کشور استفاده شد که این امر به دلیل طول مناسب دوره آماری، همگن بودن و کیفیت خوب آن‌ها میباشد. در بررسی اقلیم منطقه از روش دومارتن اصلاح شده استفاده شده است. جدول 2-1، طبقهبندی اقلیم را در روش دومارتن اصلاح شده نشان میدهد.
رابطه 2-1 A= PT+10که در آن: Ai، شاخص خشکی (ضریب خشکی)؛ P، متوسط بارش سالانه (میلی‌متر)؛ T، متوسط دمای سالانه (درجه سانتیگراد) میباشند.
جدول 2-1: طبقهبندی اقلیمها در روش دومارتن اصلاح شده
>55 55- 33 33- 28 28- 24 24- 20 20- 10 10- 0 مقادیر Ai
بسیار مرطوب ب بسیار مرطوب الف مرطوب نیمه مرطوب مدیترانه‎ای نیمه‎خشک خشک اقلیم
2-2- روش تحقیق
2-2-1- مطالعات کتابخانهای و اقدامات اولیه
جمعآوری اطلاعات، گزارشهای مطالعاتی و پژوهشهای قبلی انجام یافته در رابطه با موضوع تحقیق و مطالعه و بررسی آن‌ها:
1- در این مرحله اقدام به جمعآوری پژوهشهای قبلی گردید و نیز دادههای پایه با استفاده از مطالعات انجام شده توسط سازمانها و ادارات مربوطه تهیه شد. جمعآوری آمار و اطلاعات مختلف حوزه آبخیز از جمله: شدت بارندگی، دمای هوا و ارتفاع از طریق اداره هواشناسی استان اردبیل صورت گرفت.
2- بررسی موقعیت، وضعیت عمومی، زمینی و اقلیمی منطقه مورد مطالعه.
شناخت منطقه یکی از موارد مهم در مطالعات استحصال رواناب است که قبل از انجام مطالعات، موقعیت جغرافیایی، وضعیتهای عمومی پستی و بلندی، زمینی و نیز اقلیمی مورد بررسی قرار گرفت.
3- انتخاب و تهیه نقشههای پایه از منطقه تحقیق شامل توپوگرافی، زمینشناسی، کاربری اراضی، خاکشناسی و قابلیت اراضی با توجه به نیاز ضروری انجام طرح.
نقشههای توپوگرافی مورد نیاز طرح، با توجه به وسعت منطقه و دقت مورد نیاز با مقیاس 50000 :1 سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نقشههای زمینشناسی با مقیاس 100000 :1 سازمان زمینشناسی کشور تهیه گردید. به علت عدم وجود سایر نقشههای مورد نظر طرح، اقدام به تهیه آن‌ها از روی عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای گردید.
4- تهیه و تامین عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای منطقه و انجام مطالعات سنجش از دور برای کسب اطلاعات مورد نیاز و تهیه نقشههای ضروری مورد نیاز طرح.
عکسهای هوایی 20000 :1 سال 1347 از طریق سازمان نقشهبرداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح و نیز تصاویر ماهوارهای لندست TM و ETM+ مربوط به سالهای 1988 و 2002 از طریق سازمان فضایی کشور تهیه شدند.
2-2-2- تهیه نقشههای پارامترهای مؤثر در ایجاد رواناب
2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه
برای بررسی وضعیت توپوگرافی در منطقه از طریق GIS، اقدام به رقومیسازی خطوط توپوگرافی از روی نقشههای توپوگرافی شده و با تهیه نقشهی مدل رقومی ارتفاع، عمدتاً در قالب سه بحث عمده شیب، جهت و ارتفاع بررسیهای لازم صورت میگیرد.
برای تهیه نقشه DEM، ابتدا خطوط تراز منطقه از روی نقشه توپوگرافی50000: 1 وارد کامپیوتر شده و با اندازه پیکسل 20×20 متر (قدرت تفکیک زمینی 20 متری) رقومی شده است. در ایران سیستم تصویری UTM یکی از معمولترین روشها بوده و در این تحقیق نیز از این سیستم استفاده شده است (منطقه مورد مطالعه در داخل زون 39 شمالی بود، بنابراین تمامی مطالعات با در نظر گرفتن این زون زمین مرجع شده است). هر خط تراز در حین رقومی کردن، ارزشهای واقعی خود را میگیرند و بدین ترتیب در نقشه نهایی تهیه شده نیز ارزش هر خط تراز بیانگر ارتفاع از سطح دریای آن خط به متر میباشد (عبداللهی، 1381).
در این تحقیق نقشه DEM، خطوط تراز رقومی شده باید از طریق یک نرمافزار GIS مناسب درونیابی شود. برای تهیه نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS 9.3 از طریق گزینه Topo to raster (3D) تهیه گردید.
2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا
عامل ارتفاع از سطح دریا در حوزه آبخیز سمبورچای از آن جهت حائز اهمیت است که تاثیر ارتفاع در ایجاد رواناب به صورت غیر مستقیم و از طریق تبدیل نوع بارش از بارندگی به برف عمل میکند، چرا که از ارتفاع معینی به بالا، اغلب بارش به صورت برف میباشد و همانطوریکه میدانیم برف از طریق ذوب و نفوذ تدریجی، به طور متفاوتی نسبت به باران در ایجاد رواناب عمل میکند. برای تهیه نقشه طبقات ارتفاعی از نقشه DEM استفاده شد. به منظور کلاسهبندی نقشه ارتفاع به طبقات مختلف، منحنی تجمعی ارتفاع برای نقشه DEM تهیه شد.
2-2-2-3- نقشه شیب
مهم‌ترین عوامل توپوگرافی موثر در ایجاد رواناب منطقه شامل شیب، جهت و ارتفاع از سطح دریا میباشد. در صورت یکسان بودن سایر شرایط، هر چه مقدار شیب افزایش یابد رواناب ایجاد شده بیشتر خواهد بود که دلیل آن کاهش پایداری خاک خواهد بود. بسیاری از پارامترهای اقلیمی مانند بارش و دما با ارتفاع تغییر میکند. ارتفاع بر روی نوع و ویژگیهای نزولات تاثیر دارد. هرگاه ارتفاع از حد معینی تجاوز کند بارندگی به صورت برف نازل میشود. همچنین با افزایش ارتفاع، مقدار شیب دامنهها بیشتر میشود و رخسارههای بیرونزده و توده سنگی بیشتر مشاهده شده و سنگها ناتراواتر میشوند (سراجزاده، 1375). اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف در یک حوزه‌ آبریز، ناهمواریهای اراضی آن حوزه را نشان می‌دهد. نسبت اختلاف ارتفاع دو نقطه به فاصله آن‌ها تحت عنوان شاخص شیب معرفی می‌گردد برای شناخت ناهمواری اراضی و شیب از معیارهای متفاوتی استفاده می‌شود. شیب حوزه‌های آبخیز اثر بسیار زیادی در واکنش هیدرولوژیک حوزه‌ها دارد. سرعت جریان‌های سطحی به طور مستقیم به شیب بستگی دارد. افزایش سرعت آب نیروی جنبشی آب و در نتیجه قدرت تخریبی و حمل آن را افزایش می‌دهد همچنین میزان نفوذ آب در خاک با افزایش شیب کاهش می‌یابد و نهایتاً حجم سیلاب و جریانهای سطحی مستقیماً به شیب حوزه بستگی دارد.
جهت برآورد و تعیین میزان شیب حوزه‌های آبریز روشها و روابط متعددی ارائه گردیده که برخی از آن‌ها عبارتند از روش شبکهبندی، روش هورتون، رابطه جاستین، روش شمارش خطوط تراز و .... در مطالعه حاضر با استفاده از GIS نقشه کلاس‌های شیب در مقیاس 50000 :1 و مشتمل بر 5 کلاس سطح حوزه آبخیز تهیه گردیده. برای تهیه نقشه شیب حوزه آبخیز، از نقشه DEM در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از گزینهSpatial Analyst استفاده گردید. در این نرمافزار نقشه شیب را می‌توان به دو صورت درجه و درصد شیب تهیه کرد و قابلیت آن در این زمینه بسیار بالا بوده و از دقت زیادی برخوردار است (البته دقت نقشه تهیه شده به پارامترهای دیگری از قبیل قدرت تفکیک زمینی و دقت رقومیسازی نیز بستگی دارد). برای منطقه مورد مطالعه با توجه به نوع وهدف کار، مساحت زیرحوزهها، نقشه شیب به درصد تهیه شد.
برای محاسبه متوسط شیب زیرحوزهها، نقشه پلیگونی زیرحوزهها را با نقشه رستری شیب حوزه آبخیز سمبورچای در محیط نرمافزار ArcGIS با استفاده از نوار ابزار Spatial Analyst و سپس ابزار Zonal Statistics قطع داده شد و متوسط شیب برای هر زیر حوزه به دست آمد.
2-2-2-4- نقشه جهت شیب
جهت شیب جهتی است که اگر از بالای شیب به پائین نگاه کنیم سطح شیب به آن جهت متوجه است و در واقع جهتی است که از آن می‌توان خط عمود فرضی به خطوط تراز سطح شیب رسم کرد. مهمترین اثر جهت شیب در میزان دریافت نور خورشید و اثرات ناشی از آن جمله پیدایش اقالیم محلی یا موضعی است. در نیمکره شمالی زمین جهات رو به جنوب و غرب از جهات رو به شمال و شرق برای مدت طولانی‌تری در معرض تابش نور خورشید قرار می‌گیرند و به همین دلیل نیز گرم‌ترند. اثر تابش بیشتر و گرمای زیادتر جهت رو به جنوب و شرق موجب افزایش تبخیر و تعرق سالیانه و در نتیجه کاهش رطوبت خاک می‌شود و به همین علت نیز در جهات رو به جنوب و شرق وضعیت پوشش گیاهی ار نظر تراکم و نوع گیاهان نسبت به سایر جهات تفاوت دارد و اغلب از تراکم کمتری برخوردار است و نتیجتاً فرسایش خاک و تولید رواناب در این جهات بیشتر است (مهدوی، 1378).
اثر مهم دیگر شیب در ذوب شدن برف است. در جهات رو به جنوب و شرق به دلیل گرمای بیشتر، سرعت ذوب برف شدیدتر است. در این مناطق برف کمتری بر روی زمین میماند و ذوب آن به تدریج در زمستان و اوایل بهار انجام میگیرد. به همین دلیل جریان زمستانی رودخانهها در این مناطق بیشتر و جریانهای آن یکنواختتر است. در حالی که در حوزههای آبخیز با جهات رو به شمال و غرب دوام برف در زمستان بیشتر است و عمق و تراکم آن نیز بالاتر است (مهدوی، 1378).
برای تهیه نقشه جهات جغرافیایی نیز از ویژگی‌های خطوط منحنی میزان و خطوط رودخانه‌ها‌، نهرها و آبراهه‌ها و خطوط یالها و نحوه ارتباط یال و قله بر روی نقشه توپوگرافی استفاده می‌شود. تعیین جهت جغرافیایی بدین صورت می‌باشد که جهت هر یک از دامنه‌ها ( یعنی حد پایین یال و دره ) را نسبت به شمال جغرافیایی مشخص می‌نمایند. همانطور که میدانیم مقدار آزیموت از صفر تا 360 درجه تغییر میکند و برای مناطق مسطح، آزیموتی تعریف نمیشود که به همین خاطر در نقشه جهت تهیه شده، ارزش سلولهای مناطق مسطح به طور خاص (مثلا 1- و یا ؟) نشان داده میشود. در نقشه جهت تهیه شده، ارزش هر پیکسل بیانگر آزیموت آن میباشد.
برای کلاسهبندی نقشه جهت میتوان به صورت زیر عمل کرد (درویشصفت، 1379)، به طوری که:
1= شمال، آزیموت بین صفر تا 5/22 و نیز 5/337 تا 360 درجه.
2= شمالشرق، آزیموت بین 5/22 تا 5/67 درجه.
3= شرق، آزیموت بین 5/67 تا 5/112 درجه.
4= جنوبشرق، آزیموت بین 5/112 تا 5/157 درجه.
5= جنوب، آزیموت بین 5/157 تا 5/202 درجه.
6= جنوبغرب، آزیموت بین 5/202 تا 5/247 درجه.
7= غرب، آزیموت بین 5/247 تا 5/292 درجه.
8= شمالغرب، آزیموت بین 5/292 تا 5/337 درجه.
9 = اراضی مسطح با ارزش ویژه.
نقشه جهت توضیح داده شده به روش فوق، برای کلاسهبندی نقشه جهت به نه طبقه (با یک طبقه مسطح) میباشد که در صورت لزوم میتوان طبقات فوق را با هم تلفیق کرده و نقشه جهت چهار یا پنج طبقهای (با یک طبقه اضافی مسطح) تهیه کرد. برای تهیه نقشه جهت حوزه نیز از نقشه DEM در نرمافزار ArcGIS با دستور Spatial Analysis و انتخاب گزینه Aspect تهیه شدهاست. در نقشه جهت تهیه گردید.
2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما
الف- بارش
در منطقه مورد تحقیق، مقدار بارش سالانه تحت تاثیر ارتفاع از سطح دریا، فصول مختلف سال و توپوگرافی منطقه میباشد. در بررسی مقدار و وضعیت بارش منطقه، از ایستگاههای اطراف حوزه آبخیز استفاده شده است. جداول 2-2 و 2-3 به ترتیب مشخصات کلی ایستگاهها و میانگین بارش سالانه را نشان میدهند.
جدول 2-2: مشخصات ایستگاههای بارانسنجی
برزند اصلاندوز انگوت پارسآباد مشکین اردبیل ایستگاه
´53-◦47 ´25-◦74 ´45-◦47 ´46-◦47 ´41-◦47 ´20 -◦48 طول جغرافیایی
´57-◦38 ´26-◦39 ´03-◦39 ´39-◦36 ´23-◦38 ´13-◦38 عرض جغرافیایی
1085 153 466 6/72 1561 1335 ارتفاع (متر)
جعفرلو مرادلو جعفرآباد قوشه قرهخان بیگلو گرمی ایستگاه
´43-◦47 ´45-◦47 ´05-◦48 ´56-◦47 ´39-◦47 ´05-◦48 طول جغرافیایی
´52-◦38 ´45-◦38 ´26-◦39 ´44-◦38 ´05-◦39 ´03-◦39 عرض جغرافیایی
1280 1380 174 1246 596 759 ارتفاع (متر)
جدول 2-3: میانگین بارندگی سالانه ایستگاههای بارانسنجی
جعفرآباد مرادلو جعفرلو قوشه قرهخانبیگلو گرمی به رزند اصلاندوز انگوت مشگینشهر پارسآباد اردبیل ایستگاه
4/277 8/272 9/304 8/258 6/296 3/353 344 1/285 4/319 6/353 6/265 6/278 متوسط بارش سالانه
ب-رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه
برای محاسبه رابطه ارتفاع- بارش، از آمار بارندگی ایستگاههای موجود و همچنین ارتفاع از سطح دریای ایستگاهها استفاده شد که در ابتدا نواقص آماری رفع شده و در نرمافزار Excel با وارد کردن ارقام بارش و ارتفاع در دو ستون مجزا، به نحوی که بارش در محور y و ارتفاع در محور x قرار گیرد، رابطه رگرسیونی این دو پارامتر از طریق نرمافزار Excel محاسبه شد (سعدی مسگری و قدس، 1384). رابطه رگرسیونی ارتفاع از سطح دریا- بارش (گرادیان بارندگی منطقه)، در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است:
رابطه 2-2 P=0.050H+275.2 R²=0.625
که در آن: P، میزان درجه حرارت متوسط سالانه بر حسب سانتیگراد؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر میباشد.
برای بدست آوردن بارش متوسط حوزه آبخیز، از نقشه مدل رقومی بارش استفاده گردید. نحوه تهیه مدل رقومی بارش بدین شکل بوده که بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- بارش در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، DEM منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همباران حوزه تهیه شده است. پس از تهیه نقشه مدل رقومی بارش، از طریق دستور Reclassify، اقدام به کلاسهبندی نقشه مدل رقومی بارش به 5 کلاس بارش شد. ج- رژیم حرارتی
رژیم حرارتی یک منطقه عبارت از تغییرات متوسط درجه حرارت هوا بر حسب زمان و در مدت یکسان است. هدف از بررسی درجه حرارت در محدوده طرح، تعیین رابطه گرادیان درجه حرارت و تعیین میانگین حرارتی منطقه بر اساس آمار ایستگاههای موجود بوده است.
د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه
با بررسی آمار درجه حرارت ایستگاههای ثبت درجه حرارت در منطقه، مشابه روش تهیه مدل رقومی بارش، برای تهیه نقشه درجه حرارت متوسط نیز، بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- درجه حرارت در Excel، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، مدل رقومی ارتفاع منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه همدما حوزه تهیه شده است. رابطه ارتفاع از سطح دریا- درجه حرارت (گرادیان درجه حرارت) در منطقه تحقیق به صورت زیر به دست آمده است همانند بارندگی:
رابطه 2-3 T=-0.003H+15.14 R²=0.824
که در آن:T، میزان درجه حرارت متوسط سالانه بر حسب سانتیگراد؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر.میباشد.
2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشتهای مختلف
2-2-3-1- مقدار بارش
مقدار بارندگی یک متغیر تصادفی بوده و میتوان دادههای موجود را بررسی و طبق قوانین توزیع آماری هنگامی که برازش مناسب وجود داشته باشد، حداکثر یا حداقل بارندگی را با دوره بازگشت مورد نظر تعیین نمود. فرم کلی معادلات مورد استفاده معمولا به صورت زیر است:
رابطه 2-4 PT=P+K.Sکه در آن: PT، حداکثر و یا حداقل بارندگی با دوره بازگشت معین T سال؛ P، میانگین بارندگی؛ K، ضریب فراوانی (ضریب تناوبی)؛ S، انحراف معیار دادهها میباشد.
در منطقه تحقیق، با استفاده از توزیع پیرسون تیپ III، مقادیر متوسط بارندگی سالانه در دورهبازگشتهای 2 و 10 سال محاسبه شد.
2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته
در منطقه تحقیق، با استفاده از توزیع گمبل نوع I، که در تجزیه و تحلیل مقادیر حد بهکار گرفته میشود، مقادیر حداکثر بارش 24 ساعته در دورهبازگشتهای 2 و 10 ساله محاسبه شد.
2-2-3-3- شدت بارندگی
به طور کلی هر چه مدت بارش کوتاه باشد، شدت آن زیاد خواهد بود و برعکس بارانهای دراز مدت از شدت کمتری برخوردار میباشند. از طرف دیگر مسلم است که هر چه دوره بازگشت یک رگبار طولانیتر باشد، شدت آن نیز بیشتر خواهد بود.با پیدا کردن حداکثر شدت بارندگی در پایههای زمانی مختلف در طول مدت آماری، میتوان دادههای مربوط به هر یک از پایههای زمانی را با یک توزیع مناسب برازش داده و سپس شدتهای مربوط به زمانهای بازگشت متفاوت را روی محور مختصات و بر حسب پایههای زمانی مختلف رسم نمود.
با بررسیهای انجام شده روی منحنیهای شدت، مدت و فراوانی، فرمولهای تجربی متعددی ارائه شده که در این تحقیق از فرمول قهرمان (1366- به نقل از علیزاده، 1379) که برای ایران ارائه شده است، استفاده شد. قهرمان روی دادههای باران نگارهای ایستگاههای ایران مطالعه و مقدار باران یک ساعته با دوره بازگشت 10 ساله را به صورت زیر برای نقاط مختلف ایران قابل محاسبه دانسته است (علیزاده، 1380):
رابطه 2-5 P1060=e0.8153 .X11.1374.X2-0.3072که در آن: X1، متوسط حداکثر بارش 24 ساعته بر حسب میلی‌متر؛ X2، متوسط بارش سالانه منطقه بر حسب میلی‌متر میباشد.
بنابراین با داشتن مقدار میتوان مقدار PTt (مقدار بارش در زمان و دوره بازگشتهای مختلف) و سپس شدت باران t دقیقهای را با دوره بازگشت T سال محاسبه کرده و منحنی شدت، مدت و فراوانی را رسم کرد.
رابطه 2-6 PTt= [0.4524 + 0.247 ln (T – 0.6)](0.3710 + 0.6184t0.4484)P1060شدت بارندگی (I) نیز عبارتست از نسبت بارندگی (P) به زمان (T). یعنی:
رابطه 2-7 I=Pt2-2-3-4- رابطه ارتفاع- شدت بارشبرای تهیه نقشه شدت بارش، همانند نقشه همدما و همبارش، ابتدا رابطه رگرسیونی بین ارتفاع از سطح دریای ایستگاههای انتخاب شده و میزان شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دروه بازگشت 2 سال و 10 سال در Exel به صورت زیر تهیه شد. بعد از بهدست آوردن رابطه رگرسیونی ارتفاع- بارش ، رابطه فوق به ArcGIS منتقل شد و با استفاده از تابع الحاقی Spatial Analyst نرمافزار ArcGIS 9.3 در منوی Spatial Analyst و در زیر منوی Raster Calculator، DEM منطقه به جای H (عامل ارتفاع) در معادله گرادیان قرار داده شد و نقشه شدت بارش حوزه تهیه شده است. پس از تهیه نقشه مدل رقومی شدت بارش، از طریق دستور Reclassify، اقدام به کلاسهبندی نقشه مورد نظر به 5 کلاس شد.
رابطه 2-8 I230=-0.003H+19.99 R2=0.627
که در آن: I230، شدت بارش نیم ساعته با دوره بازگشت دو سال؛ H، ارتفاع از سطح دریا به متر میباشد.

8فصل چهارم

در اینجا τ گشتاور تولید شده است و زیرسیستم‌های الکتریکی و مکانیکی را بر طبق معادله زیر در بر می‌گیرد:
(4-13)
که در مورد حال حاضر ما به معادله زیر کاهش پیدا می‌کند:
(4-14)
که و در محدود و متناوب است.
توجه داشته باشید که، ماشین با پارامترهای EL که شامل چهار گانه است به صورت کامل توصیف شده است که در آن داریم:.(اورتگا، 1998)
4-5 روش مبتنی بر پسیویتی برای طراحی کنترل‌کننده
4-5-1- تجزیه فیدبکی زیرسیستم‌های پسیو


در این قسمت، نشان داده خواهد شد که مدل دینامیکی یک ماشین الکتریکی کلی در شرایط قضیه پسیویتی صدق می‌کند و به همین ترتیب می‌تواند به دو زیرسیستم پسیو که به صورت یک اتصال فیدبک می‌باشند تجزیه شود. یعنی
زیر سیستم الکتریکی ∑eqsu
τ -
qm زیر سیستم مکانیکی ∑m
τL
τL-شکل (4-2): تجزیه زیرسیستم‌های پسیو یک ماشین الکتریکی
*- قضیه 4-1 : (تجزیه زیرسیستم‌های پسیو) سیستم (9.6) - (9.8) می‌تواند به صورت یک اتصال فیدبک منفی از دو زیرسیستم پسیو به صورت شکل (4-2) نمایش داده شود.
Σe: L2ens+1 → L2ens+1 : u-qm ↦ qsτ Σe: L2e → L2e : τ-τL ⟼qm 4-5-2روند طراحی
اساس طراحی از تجزیه زیرسیستم‌های پسیو و با نادیده گرفتن دینامیک‌های مکانیکی بدست می‌آید، تلاش می‍شود که گشتاور تولیدی τ با وارد کردن مقدار مطلوب جریان‌های qeکنترل شود. بنابراین سه مرحله برای طراحی وجود دارد:
تجزیه زیرسیستم‌های پسیو بر مبنای بخش قبل در ماشین به صورتی که Σe به عنوان سیستمی که قرار است کنترل شود وΣm به عنوان یک اختلال پسیو1 در نظر گرفته شوند. برای اطمینان از این که Σm پایداری حلقه را خراب نکند، میرایی حتماً باید به Σe تزریق شود برای این که خاصیت پسیویتی در آن به پسیویتی اکید تبدیل شود.
تعریف یکسری از جریان‌های در دسترس qed یعنی، جریان‌هایی که برای آنها می‌توان یک قانون کنترل پیدا کرد، که در آنها شرط limt→∞qe-qed=0 صادق باشد. برای این منظور، انرژی حلقه بسته باید برای تطابق تابع انرژی مطلوب با خطای جریان شکل داده شود.
تابع انرژی مطلوب در اینجا به صورت Hed≜12qeTDe(qm)qe انتخاب می‌شود و خطای جریان به صورت زیر تعریف می‌گردد:
(4-15) qe≜qe-qed در این میان جریان قابل دسترس، qed انتخاب می‌شود جهت بدست آوردن گشتاور مرجع مطلوب τ* ، به صورتی که اگر qe≡qed آنگاه τ≡τ* باشد. در نهایت شروطی برقرار می‌شود که تحت آن شرط‌ها، از شرط limt→∞qe-qed=0 نتیجه می‌شود limt→∞τ-τ*=0 صادق است و همچنین پایداری داخلی نیز حفظ می‌گردد.
1.Passive Disturbance
4-6 مدل موتور القایی
شماتیک مدل موتورالقایی مورد استفاده در کنترل‌کننده مبتنی بر پسیویتی به صورت شکل(4-3) می‌باشد. شکل (4-4) بلوک دیاگرام مربوط به مدل موتورالقایی که در شبیه‌سازی‌ها از آن استفاده شده است را نشان می‌دهد.
شکل (4-3): مدل موتورالقایی مورد استفاده در کنترل‌کننده

شکل (4-4): دیاگرام مدل موتور القایی مورد استفاده در شبیه‌سازی‌ها
4-6-1 معادلات دینامیکی
تحت فرضیاتی که در بخش 4-3 در مورد پیاده‌سازی فیزیکی یک ماشین بیان گردید، یک مدل استاندارد دو فاز αβ (در این مدل محورهای مربوط به استاتور به صورت ثابت بوده در حالی که محورهای مربوط به رتور با سرعت زاویه‌ای (الکتریکی) رتور می‌چرخند.) از یک موتور القایی قفس سنجابی با p جفت قطب با فاصله هوایی یکنواخت که دارای ne=4 وns=nr=2 بوده و برای پارامترهای الکتریکی آن داریم:
(4-16) De(qm)=LsI2LsreJnp qmLsre-Jnp qmLrI2
(4-17) Re=RsI200RsI2 (4-18) Me=I20(4-19) J=0-110= -JT(4-20) eJnpqm=cos(np qm)-sin(np qm)sin(np qm)cos(np qm)(4-21) e-Jnpqm=(eJnp qm)TLs,Lr,Lsr>0 به ترتیب ماتریس‌های اندوکتانس استاتور و رتور و متقابل می‌باشند.Rr,Rs>0 به ترتیب مقاومت‍های استاتور و رتور بوده و.I2 هم یک ماتریس همانی 2×2 است. (اورتگا، 1998)
معادلات دینامیکی به صورت استفاده مستقیم از معادلات EL (3-21) بدست می‌آیند، همانگونه که در بخش 4-4 با فرم لاگرانژ (4-5) بیان می‌گردند. در نتیجه داریم:
(4-22) De(qm)qe+W1(qm)qmqe+Reqe=Meu(4-23) Dmqm+Rmqm=-τqe,qm-τL(4-24) τqe,qm=12qeTW1(qm)qeکه W1(qm)=dDe(qm)dqm=0npLsrJeJnp qm-npLsrJe-Jnp qm0 qe≜qsT,qrT=[qs1,qs2,qr1,qr2]T بردار جریان بوده و qm سرعت زاویه‌ای رتور می‌باشد.
Dm>0 اینرسی رتور است. سیگنال‌های کنترلی u=[u1 ,u2]T ولتاژهای استاتور بوده و τLگشتاور بار خارجی است. Rm>0 ثابت میرایی چسبندگی مکانیکی1 می‌باشد.
بردار شار λ≜λsT,λrT=[λs1,λs2,λr1,λr2]T تحت معادله (4-25) به بردار جریان qe وابسته است.
(4-25) λ=De(qm)qeکه دومین معادله از معادلات برداری فوق معادله
(4-26) λr=Lsre-Jnp qmqs+Lrqrمی‌باشد که برای استفاده در تحلیل بعدی لازم است.
1. Mechanical viscous damping constant
همچنین توجه داشته باشید که به علت سیم‌پیچ‌های اتصال کوتاه شده در رتورهای قفس سنجابی دومین معادله از معادلات (4-22) به صورت معادله (4-27) تبدیل می‌شود.(اورتگا، 1998)
(4-27) λr+Rrqr=04-6-2 بعضی از ویژگیهای کنترلی مدل
4-6-2-1 ویژگی‌های ورودی-خروجی:
مدل ماشین القایی تشریح شده در بخش 4-6، یک مورد خاص از مدل ماشین عمومی (4-11)-(4-14) می‌باشد. در نتیجه این مدل ویژگی‌های پسیویتی بیان شده در قضیه 4-1 را دارا می‌باشد.
به ویژه که، مدل (4-11) - (4-12) می‌تواند به فرم قانون دوم نیوتن باز نویسی شود، داریم:
(4-28) Dqqجرم × شتاب =-W1qmqeqm12qe⊤W1qmqe-Rq+Mu+ξ نیروها جمعکه درآن داریم: D(q)=diagDeqm,Dm و R=diag{Re,Rm} و M=[Me⊤,0]⊤ و q= [qe⊤,qm]⊤ ξ=[0,-τl]⊤ .
جمله دوم در بخش سمت راست معادله (4-28)، مربوط به نیروهای اتلافی می‌باشد، در حالی که دو جمله آخر بخش سمت راست شامل نیروهای خارجی می‌باشد. بن مایه اصلی فلسفه طراحی برمبنای پسیویتی آشکار ساختن نیروهای بی‌اثر می‌باشد که در این مورد جمله اول بخش سمت راست معادله بالا می‌باشد که براحتی می‌تواند با کل انرژی سیستم ایجاد شود:
(4-29) τ(q,q)=12q⊤D(q)qکه دارای نرخ تغییر (کار سیستم)
(4-30) T=q⊤(-Rq+Mu+ξ)نیروهای بی‌اثر بر تراز انرژی سیستم اثری نمی‌گذارد که در نتیجه از انتگرال‌گیری از معادله بالا داریم:
(4-31) τ(t)-τ(0)شده ذخیره انرژی=0tq⊤Rqdsشده تلف+0tq⊤Mu+ξdsشده وارد به عنوان نتیجه باید گفت که اثر این نیروها می‌تواند به زبان ساده در تحلیل پایداری نا‌دیده گرفته شود. همچنین معادله تراز انرژی اثبات می‌کند که نگاشت [u⊤,τL]⊤→[qs⊤,qm]⊤ با تابع ذخیره τ(q,q) پسیو می‌باشد. به علاوه همانگونه که در بخش 4-5 نشان داده شد، مدل موتور می‌تواند به صورت یک اتصال فیدبک به دو زیرسیستم پسیو با توابع ذخیره به ترتیب τe(qm,qe) وτm(qm) تجزیه گردد.(اورتگا، 1998)
4-6-2-2 ویژگیهای هندسی:
حال ویژگی "قابلیت معکوس پذیری" مدل موتور القایی بیان می‌گردد. لازم به ذکر است این ویژگی برای بدست آوردن یک بیان واضح( explicit ) از یک کنترل‌کننده تعقیب گشتاور مبتنی بر پسیویتی حیاتی می‌باشد. از(4-2)-(4-3) دیدیم که گشتاور به صورت زیر نوشته می‌شود.
(4-32)τ=12qe⊤W1qmqe=npLsrqs⊤JeJnp qmqr
که درآن ارتباط بین Jو eJnp qm به صورت JeJnp qm=eJnp qmJ می‌باشد که از خاصیت پاد متقارن بودن این ماتریس (skew-symetry) J (یعنی J⊤=-J⇒x⊤Jx=0, ∀x∈R2 ) استفاده شده است.
حال (4-26) را برای qr حل می‌کنیم داریم:
(4-33) qr=1Lr(λr-Lsre-Jnp qmqs)و با جایگذاری (4-33) در (4-32) داریم:
(4-34) τ=npLsrLrqs⊤JeJnp qmλrدر نهایت (4-26) را برای qs حل می‌کنیم داریم:
(4-35) qs=1LreJnp qm(λr-Lrqr)وبا جایگذاری (4-35) آن در(4-34) داریم:
(4-36) τ=-npqr⊤Jλr=npRrλr⊤Jλrکه برای qr=-1Rrλr از معادله (4-27) استفاده شده است. این یک نکته کلیدی است که ما در بخش 4-4 برای وارون‌سازی دینامیکی سیستم استفاده کردیم. در این مورد (4-15) فرم زیر را بدست می‌دهد:
(4-37) λr=τλrRrnpJλrهمانطور که دیدیم، معادله فوق نشان می دهد که دینامیک‌های صفر موتور با خروجی‌های τ و λr پریودیک هستند. این واقعیت بسیار واضح‌تر دیده می شود اگر سرعت شیب (slip speed) را به صورت زیر بنویسیم:
(4-38) ρ=ddtarctanλr2λr1=11+λr2λr12λr2λr1-λr2λr1λr12 =1λr2λr⊤Jλr =Rrnpλr2τاز این معادله مشخص می‌شود که اگر τ و λr در مقادیر ثابتی باقی بمانند، شار رتور در یک سرعت ثابت می‍چرخد، این نشان می‌دهد که گشتاور می‌تواند با کنترل کردن اندازه شار رتور و سرعت لغزش کنترل شود. (اورتگا، 1998)
4-6-3 تعریف (مسأله تعقیب سرعت و اندازه شار رتور)
مدل موتور القایی 6 وجهی بیان شده در بالا را در نظر بگیرید که بردار حالت آن [qeT,qm,qm]T می‌باشد، ورودی‍های ولتاژهای استاتور یعنی u ∈R2، سرعت خروجی تنظیم شده qm و شار رتور λr .
فرض کنید:
1- جریان‌های استاتور qs، سرعت رتور qm و موقعی qm ابل اندازه‌گیری هستند.
2- تمامی پارامترهای موتور به طور کامل معلوم می‌باشند.
3- گشتاور بار τL(t) یک تابع معلوم و محدود با مشتق اول کراندار و معلوم می‌باشد، به صورت زیر:
τl(t) ≤C1<∞ , ∀ ∈0 ,∞4- سرعت مطلوب رتور qm*(t) یک تابع کراندار ومشتق پدبر از مرتبه دوم بوده و مشتقات مرتبه اول و دوم آن کراندار می‌باشند به صورت
qm*(t)≤C2 <∞ , ∀t ∈ 0 ,∞ 5- اندازه شار مطلوب رتور β*(t) یک تابع اکیداً پسیو و کراندار و مشتق‌پذیر از مرتبه دوم بوده ومشتقات مرتبه اول و دوم معلوم و کراندار دارد به صورت:
0<δ1≤βα≤βα<∞ , βα≤βα<∞ , βα≤βα<∞ تحت شرایط گفته شده، طراحی یک کنترل‌کننده مبتنی بر پسیویتی تعقیب مجانبی سراسری سرعت و اندازه شار رتور را تضمین می‌کند یعنی
limt→∞qm-qm*(t)=0 limt→∞λr-β*(t)=0با کراندار و یکنواخت بودن تمامی سیگنال‌های داخلی.(اورتگا، 1998)
4-7 یک کنترل‌کننده مبتنی بر پسیویتی حلقه‌ای تودرتو:(Nested-Loop PBC)
در این بخش ما مسأله تعقیب سرعت-موقعیت را با اضافه یک کنترل‌کننده در حلقه بیرونی کنترل‌کننده قبلی حل می‌کنیم که نتیجه آن یک کنترل‌کننده حلقه‌ای تودرتو یا Nested-loop (یا کاسکود یا آبشاری) طبق شکل (4-5) می‍باشد.
????
شکل (4-5): ساختار یک کنترل تودرتو(Nested-Loop)
در این کنترل‌کننده Cil یک کنترل PBC تعقیب گشتاور حلقه داخلی بوده و Col یک کنترل سرعت حلقه بیرونی می‌باشد که گشتاور مطلوب τd را تولید می‌کند. می‌توان نشان داد که Col به عنوان یک سیستم LTI که به صورت مجانبی دینامیک‌های مکانیکی را پایدار می‌کند در نظر گرفته می‌شود. اشکال عمده‌ی تکنیکی این روش طراحی این است که Cil به معلوم بودن τd نیاز دارد. به همین ترتیب نشان‌دهنده نیاز به اندازه qm دارد. برای غلبه بر این مشکل qm را با مشتق تقریبی آن ، با حفظ ویژگی پایداری سراسری جایگزین می‌کنیم.
در این پایان‌نامه یک کنترل‌کننده تعقیب سرعت و اندازه شار رتور بدون مشاهده‌گر به طور کلی تعریف و اثبات خواهد شد. همچنین نشان داده می‌شود که چگونه این کنترل‌کننده با یک انتگرال‌گیری از جریان‌های استاتور مقاوم می‌شود.(اورتگا، 1998)
4-7-1 کنترل گشتاور مبتنی بر پسیویتی بدون مشاهده‌گر
مدل موتور القایی با معادلات دینامیکی (4-22)-(4-24)را در نظر بگیرید، که بردار حالت آن [qeT,qm,qm]T، بردار ورودی آن ولتاژهای استاتور u∈R2 و خروجی‌های تنظیم شده شامل جریان‌های استاتور qe بوده و گشتاور الکترومغناطیسی Te به عنوان کنترل غیرمستقیم در نظر گرفته می‌شود.
فرضیات:
تمام پارامترهای موتور به طور کامل معلوم می‌باشند.
جریانهای استاتور qs و سرعت رتور qm قابل اندازه گیری می‌باشند.
گشتاور بار TL یک تابع معلوم و کراندار و دارای مشتق مرتبه اول می‌باشد، به طوری که
TL(t)≤c1<∞ , ∀t∈0,∞گشتاور الکترومغناطیسی Te* یک تابع معلوم و کراندار می‌باشد، به طوری که
Te*(t)≤c2<∞ , c1< c2 , ∀t∈0,∞تحت این شرایط طراحی یک کنترل‌کننده مبتنی بر پسیویتی تعقیب مجانبی جامع گشتاور الکترومغناطیسی را تضمین می‌کند، یعنی limt→∞Te-Te*=0 . کنترل‌کننده گشتاور الکترومغناطیسی را طی مراحل زیر طراحی می‌کنیم:
الف-پسیویتی اکید با تزریق میرایی
اولین مرحله از روند طراحی تجزیه مدل دینامیکی موتور به دو زیرسیستم الکتریکی ∑e و مکانیکی ∑m می‌باشد که در بخش‌های قبلی به طور کامل توضیح داده شد. در این مرحله نشان می‌دهیم که چگونه میرایی به زیرسیستم الکتریکی تزریق می‌گردد به طوری که نگاشت ورودی کنترل به خروجی قابل اندازه‌گیری « اکیداً غیرفعال خروجی » باشد.
برای اطمینان از پایداری زیرسیستم الکتریکی فیدبک خروجی به فرم زیر انتخاب می‌شود:
(4-39) u=v-K1(qm)qsکه K1(qm)qe جمله تزریق میرایی می‌باشد.
بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل (4-6) این مرحله به صورت مشخص نشان می‌دهد. نگاشت v⟼qs اکیداً غیرفعال خروجی می‌باشد.(اورتگا، 1998)
شکل(4-6) : بلوک دیاگرام تزریق میرایی به زیر سیستم الکتریکی
ب- جریان مرجع و شکل‌دهی انرژی
یک جریان مرجع مناسب qed برای تولید گشتاور الکترومغناطیسی مرجع Te*تعیین می‌شود، به شرطی که اگر qe≡qed آنگاه Te≡Te*. به علاوه بر این، اگر qed کراندار باشد، Te و qe و qm نیز کراندار باشند. افزون بر این، کراندار بودن qed نشاندهنده کراندار بودن qe و v می‌باشد. اگر v و qed در رابطه (4-40) صدق کنند آنگاه داریم qe=qe-qed→0 به ازای t→∞ به طوری که مستقل از qm و qm ونوع انتخاب qed باشد.
(4-40) Mev=Deqmqed+Ceqm,qmqe+Resqm,qmqeکه در آن Ceqm,qm=12W1(qm)qm بوده و Resqm,qm=Re+12W1(qm)qm+K1(qm)000 .
و برای بردار جریان مرجع qed داریم limt→∞=qe-qed=0 .
در پایان سیستم حلقه بسته دارای تابع انرژی مطلوب به صورت Hed=12qeTDeqmqe می‌باشد. این مرحله را اصطلاحاً مرحله شکل‌دهی انرژی می‌گویند.(اورتگا، 1998)
ج- تعقیب گشتاور توسط تعقیب جریان
بر اساس معادله (4-24) برای تعریف qed برای داشتن که گشتاور مرجع داده شده Te* معادله زیر پیشنهاد می‌شود:
(4-41) Te*qed,qm=12qedTW1(qm)qedسپس با استفاده از معادله (4-24) داریم:
(4-42) Te-Te*=12qedTW1qmqed+qeTW1(qm)qedچون W1(qm) کراندار است، در نتیجه آن خواهیم داشت که اگر شرط limt→∞=qe-qed=0 برقرار باشد تعقیب مجانبی گشتاور بدست خواهد آمد.
د- کنترل گشتاور
بردار شار λ=λsT,λrTT توسط معادلات زیر با بردار جریان ارتباط پیدا می‌کند:
(4-43) λ=Deqmqeو
(4-44) λr=Lsre-Jnpqmqs+Lrqrبه خاطر سیم‌پیچهای اتصال کوتاه شده در رتور قفس سنجابی، دومین معادله از معادلات (4-22) به صورت
(4-45) λr+Rrqr=0داده میشود، که با ترکیب آن با معادلات (4-24) و (4-44) معادله گشتاور الکترومغناطیسی به صورت زیر داده می‍شود:
(4-46) Te=npLsrLrqeTJeJnpqmλrمعادله (4-46) می‌تواند برای بدست آوردن qs حل شود که داریم:
(4-47) qs=1LsreJnpqm(λr-Lrqr)حال با جایگذاری آن در (4-46) با استفاده از (4-45) خواهیم داشت:
(4-48) Te=-npqrTJλr=npRrλrTJλrبرای گشتاور مرجع Te* ، یک شار روتور مطلوب λrd توسط معادله دیفرانسیل زیر داده می‌شود:
(4-49) λrd=Rrnpβ*2Te*Jλrd , λrd0=β*(0)0که در آن β* قدرمطلق λrd می‌باشد.(اورتگا، 1998)
ه- تعقیب سرعت و اندازه شار رتور
در پایان، با ترکیب معادلات (4-39) و (4-40) و (4-44) و (4-47) و (4-49)، ورودی کنترل u در شکل (4-5) به صورت کلی زیر بدست خواهد آمد:
(4-50) u=Lsqsd+LsreJnpqmqrd+npLsreJnpqmqmqrd+Rsqsd-K1(qm)qsکه در آن
(4-51) qed=qsdqrd=1Lsr[I2+Lrnpβ*2Te*J]eJnpqmλrdTe*npβ*2Jλrdو داریم، qe=qs-qsd .
اگر ما انتخاب کنیم که K1qm=np2Lsr24εqm2+K1 با شرط 0<ε≤Rr , K1≥0 آنگاه می‌توان گفت که ماتریس Res در معادله (4-40) مثبت معین خواهد بود.
(4-52) Te*=Dmqm*-z+TLکه در آن z=-az+bqm- qm*, a,b>0 , z0=qm0-qm*(0)و داریم برای تخمین گشتاور بار از این عبارت استفاده شده است: TL=-γτLe , γτL≥0که البته برای کنترل سرعت e=qm- qm* یعنی e خطای سرعت رتور می‌باشد.
شکل(4-7) : بلوک دیاگرام کنترل‌کننده گشتاور
برای کنترل سرعت بخش معادلات فوق در مقالات اصلی پسیویتی ارائه شده است، در واقع یک فیلتر خطی از خطای تعقیب سرعت و تخمین گشتاور بار توسط اورتگا و دیگران ‌‍[3] ارائه گردیده است، که نمودار (4-7) بلوک دیاگرام آن را به نمایش می‌گذارد.
و- کنترل‌کننده پیشنهادی
در این پایان‌نامه، کنترل‌کننده سرعت پیشنهادی، یک کنترل‌کننده PI را بوده و همچنین خروجی گشتاور مطلوب در یک محدوده مشخص قرار گرفته است. به عبارت دیگر کنترل‌کننده سرعت با توجه به توان موتور محدود شده است.
بنابراین کنترل‌کننده PI باعث می‌شود که گشتاور مرجع در ناحیه پایدار محدود شده تغییر کند. از منظر مبحث انرژی، می‌توان گفت که کل انرژی سیستم کنترل سرعت محدود شده است و در نتیجه پایداری کل سیستم تضمین خواهد شد.
کنترل‌کننده سرعت پیشنهادی به صورت زیر تعریف می‌شود:
(4-53) T'=Kpqm+KIqmdt(4-54) Te*=Temax اگر T'>TemaxT' اگر Temax> T'>TeminTemin اگر T'<Teminکه در آن qm=qmd-qm , KP>0 , KI>0 و Temax و Temin به گشتاور نامی مرتبط می‌باشند. با اعمال معادله (4-54) خطای ماندگار سرعت رتور به صفر همگرا می‌شود، یعنی limt→∞qm=0 . بلوک دیاگرام مربوط به این قسمت از کنترل‌کننده پیشنهادی به صورت شکل (4-8) می‌باشد. با محدود کردن گشتاور به مقادیری ثابت حداقلی و حداکثری در کنترل‌کننده بهبود در نتایج کنترل‌کننده را انتظار داریم.
شکل(4-8) : بلوک دیاگرام مربوط به کنترل سرعت موتور القایی
معادله (4-54)
معادله (4-53)
شکل) 4-9( : بلوک مربوط به کنترل سرعت پیشنهادی
کنترل‌کننده سرعت
معادلات (4-53) و (4-54)
تبدیل 3 به 2
∫کنترل‌کننده گشتاور
فیلتر فیدبک
اندازه‌گیری wr
تبدیل 2 به 3
معادله (4-49)
معادله (4-51)
معادله (4-50)

_ wr
Td

—d1174

جدول 5-2: ظرفیت هر خط عبور آزادراهها برحسب کیفیت ترافیک و سرعت طرح .................. 134
جدول 5-3 : مقدار ضرایب بهینه تابع تردد خودروها .................................................................... 138
جدول 5-4 : نتایج حاصل از طراحی شبکه ..................................................................................... 144
جدول 5-5 : خلاصه مدل رگرسیون خطی ...................................................................................... 147
جدول 5-6 : خلاصه نتایج آزمون فرضیات ......................................................................................148
فهرست شکل ها


عنوان صفحه
شکل 2-1 : عملکرد هزینه های حمل و نقل ...................................................................................... 14
شکل 2-2 : روند تحلیلی هزینه های ثابت بر حسب میزان بهره برداری ........................................ 16
شکل 2-3: عملکرد هزینه های ثابت بر حسب تن-مسافت ............................................................ 17
شکل 2-4: هزینه های متغیر بر حسب عملکرد حمل و نقل ............................................................ 19
شکل 2-5: تعادل عرضه بنزین با احتساب هزینه های آلوده سازی محیط زیست ......................... 21
شکل 2-6: اجزای اصلی یک شبکه عصبی بیولوژیک ...................................................................... 27
شکل 2-7: مدل نرون تک ورودی ..................................................................................................... 33
شکل 2-8: توابع مورد استفاده در مدل سلول عصبی ..................................................................... 35
شکل 2-9: مدل چند ورودی یک نرون ............................................................................................. 36
شکل 2-10: فرم ساده شده نرون با R ورودی ................................................................................... 37
شکل 2-11: شبکه تک لایه با S نرون ................................................................................................ 38
شکل 2-12: شبکه پیشخور سه لایه ................................................................................................ 39
شکل 2-13: نرون شبکه پرسپترون .................................................................................................. 40
شکل 2-14: بلوک تاخیر زمانی .......................................................................................................... 41
شکل 2-15: شبکه تک لایه برگشتی .................................................................................................41
شکل 4-1 : نمودار سرعت بر حسب تراکم ........................................................................................ 79
شکل 4-2 : نمودار سرعت بر حسب جریان ...................................................................................... 80
شکل 4-3 : نمودار زمان سفر بر حسی تقاضا ....................................................................................82
شکل 4-4 : نمودار تقاضا بر حسب عرضه ......................................................................................... 89
عنوان صفحه
شکل 4-5: نمودار هزینه متوسط و جانبی ....................................................................................... 92
شکل 4-6 : جریان ترافیک در چند روز مختلف در طول شبانه روز ............................................... 96
شکل 4-7 : نحوه ارتباط سرعت، جریان و چگالی در توابع جریان ترافیک ................................... 100
شکل 4-8 : نمونه جریان ترافیک در بزرگراه ها .............................................................................. 101
شکل 4-9 : نمودار سرعت – تقاضا در مدل ویکری ........................................................................ 103
شکل 4-10 : نمودار هزینه حاشیه ای و هزینه تراکم ....................................................................... 104
شکل 4-11 : ساختار مدل پیشنهادی برای پیش بینی جریان ترافیک .......................................... 117
شکل 4-12 مراحل ساخت مدل پیش بینی حجم ترافیک ............................................................. 118
شکل 4-13: رگرسیون خطی ساده .................................................................................................. 121
شکل 5-1: انواع هزینه های حمل و نقل .......................................................................................... 131
شکل 5-2 : نمودار ترافیک عبوری خودروها را در بازه زمانی یک ساعت .....................................137
شکل 5-3 : نمودار ترافیک عبوری خودروها ...................................................................................137
شکل 5-4 : نمودار مبلغ تراکم در ساعت های مختلف ....................................................................139
شکل 5-5: ارتباط مابین تقاضا، عرضه و حجم ترافیک ...................................................................139
شکل 5-6: مدل چهار مرحلهای برنامه ریزی حمل ونقل ............................................................... 140
شکل 5-7 : خروجی Train شبکه عصبی ........................................................................................144
شکل 5-8: خروجی مربوط به اعتبار سنجی شبکه عصبی .............................................................144
شکل 5-9 : خروجی مربوط به آزمایش شبکه عصبی ......................................................................145
شکل 5-10: تعداد epochهای مورد استفاده توسط الگوریتم یادگیری شبکه .............................145
شکل5-11 : مقایسه خروجی شبکه عصبی با اطلاعات موجود ........................................................146
شکل5-12 : مقایسه خروجی مدل رگرسیون با اطلاعات موجود ....................................................151

فهرست نشانه های اختصاری
TDNN = Time delay neural network
BOT = Build-operate-transfer
PCI = Pavement Condition Index
PSI = Present Serviceability Index
MLF = Multi-layer feed forward
TTI = Texas Transportation Institute
BPR = Bureau of Public Roads
VOTT = Value of Travel Time
HCM = Highway Capacity Manual
BP = Back Propagation
فصل اول
مقدمه و طرح مسئله
1- مقدمه1-1- مقدمهبخش حمل ونقل نیز به عنوان یکی شاهرگ اصلی اقتصاد، نقش بسزایی در شکوفایی و توسعه جامعه ایفا می کند. در کشور ما تاکنون این بخش نتوانسته به جایگاه واقعی خود دست یابد. شاید به جرأت بتوان گفت که امروزه ملاک توسعه یافتگی کشورها پس از صنعت، مربوط به توسعه ارتباطات ریلی، جاده ای، هوایی و دریایی است. بنابراین حمل و نقل را می توان به شریانی تشبیه کرد که موجب پویایی و شکوفایی اقتصاد کشورها می شود.
اگر امروز در جهان از خدمات حمل ونقل تحت عنوان صنعت یاد می شود بخاطر گستردگی و اهمیت این خدمات به عنوان حلقه اتصال صنایع با یکدیگر و عامل ارتباط میان بازارهای تولید و مصرف است . بدین خاطر است که بین نظام حمل ونقل و فرآیند توسعه اقتصادی و اجتماعی جوامع همبستگی شدیدی وجود دارد و اقتصاد دانان، صنعت حمل ونقل را به عنوان نیروی محرکه توسعه می دانند و کارآمدی و توانمندی آن را زمینه ساز توسعه پایدار می شناسند. لذا چنانچه این بخش از اقتصاد، مورد بی مهری و بی توجهی برنامه ریزان اقتصادی قرار گیرد یا به دلیل سیاستگذاری های نامناسب کارایی لازم را نداشته باشد، خواسته یا ناخواسته اقتصاد کشورها را با مشکلات جدی مواجه خواهد کرد.
کشور ایران به دلیل موقعیت جغرافیایی و دسترسی به آبهای آزاد، از موقعیت ویژه ای در حمل ونقل منطقه برخوردار است. اینکه ایران موقعیت طلایی برای ترانزیت و عبور کالا را دارد بر کسی پوشیده نیست ولی متأسفانه طی دهه اخیر، علیرغم گنجاندن این مهم در راهبردهای اقتصادی و برنامه های توسعه کشور، عملاً شاهد تحقق بهره برداری از این پتانسیل نبوده ایم. یکی از مهم ترین عوامل زیربنایی برای توسعه هر کشوری، وجود یک شبکه کارا و مناسب جهت رفع نیازهای حمل ونقلی آن است. بطور کلی حمل ونقل به جهت رفع نیازهای مختلف اقتصادی، اجتماعی و دسترسی صورت می گیرد و تقاضای آن ناشی از تقاضا برای سایر بخش ها است (صفارزاده،هدایتی،1378).
بین صنعت حمل ونقل و سایر بخش های صنعتی از منظر اقتصاد تفاوت هایی وجود دارد . فعالیت های حمل ونقل دارای هزینه ثابت بسیار بالا هستند که بیشتر صرف زیرساخت های حمل ونقل می شود و برای ساخت زیرساخت های حمل ونقل نیاز به سرمایه گذاری بلند مدت است. این دو خصیصه از جمله ویژگی های بارزی هستند که حمل ونقل را از نظر اقتصادی، از دیگر صنایع جدا می کند. بر همین اساس تامین منابع مالی و جذب سرمایه گذاری در این بخش در مقایسه با دیگر بخش های اقتصادی با مشکلات بیشتری همراه است.
حمل ونقل جاده ای به دلیل خصوصیات ویژه ای که داراست (از جمله انعطاف پذیری در انتخاب مسیر، میزان بار، زمان سفر، دسترسی به نقاط مختلف، عدم نیاز به تجهیزات بارگیری و تخلیه) به عنوان متداول ترین شیوه حمل ونقل در کشورهای مختلف محسوب می شود. در ایران نیز علاوه بر ویژگی های خاص حمل ونقل جاده ای، موقعیت ویژه جغرافیایی، عدم پوشش گسترده شبکه ریلی در سطح کشور، فقدان مقررات محدود کننده در خصوص آثار منفی حمل ونقل جاده ای همچون مسائل زیست محیطی، سبب گشته تا درصد بسیار بالایی از حمل ونقل کالا و مسافر توسط این زیربخش صورت گیرد، بطوریکه هم اکنون بیش از 90 % کل حمل بار و مسافر در کشور توسط جاده انجام می شود(سازمان راهداری و حمل و نقل جاده ای، 1383).
در حالیکه فعالیت های حمل و نقل بیش از 9% از تولید ناخالص ملی کشور را در بر می گیرد و در حدود 5/7 میلیون نفر از شاغلان کشور در این حوزه فعالیت می کنند و همچنین بر اساس برآوردهای کارشناسان در صورتی که تمام فعالیتهای مستقیم و غیر مستقیم حمل ونقل به حساب این بخش منظور شود، ارزش افزوده آن بالغ بر 20 % از تولید ناخالص داخلی را تشکیل خواهد داد (سایت اینترنتی بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران، 1389).
ضرورت توجه به حمل ونقل در کشور دو چندان نمایان می شود. در برنامه چهارم توسعه و در ماده 28 آن بطور مشخص اقداماتی در این خصوص پیش بینی شده است که بر اساس آن دولت موظف شده است اقداماتی را به منظور تقویت اقتصاد حمل و نقل، بهره برداری مناسب از موقعیت جغرافیایی کشور، افزایش ایمنی و سهولت حمل ونقل بار و مسافر انجام دهد.
علاوه بر این موارد، افزایش جمعیت، روند رو به رشد اقتصاد کشور و گذر از درحال توسعه به توسعه یافته و استعداد ترانزیت بین المللی، لزوم توسعه و ساخت هر چه بیشتر زیرساخت های حمل ونقل را بیشتر نمایان می کند. اما محدودیت منابع مالی و سرمایه، اکثر کشورهای جهان و ازجمله ایران را به فکر یافتن راه حلی جهت تامین سرمایه مورد نیاز توسعه زیرساخت های حمل ونقل انداخته است . کشورهای مختلف خط مشی های متنوعی برای تامین سرمایه در پروژه های راهسازی در پیش گرفته اند. از روش های متداول اتخاذ شده از سوی دولت ها می توان به وضع مالیات بر سوخت و سایر کالاهای مرتبط با حمل ونقل، مالیات بر خودرو و دریافت عوارض از رانندگان وسایل نقلیه اشاره نمود. معمولاً هزینه های دوره بهره برداری زیربناها نیز از محل اخذ عوارض از کاربران راهها تامین می شود (پژوهشکده حمل و نقل،1389).
در دهه های 80 و 90 میلادی، در سطح دنیا تمایل بسوی ساخت زیربناهای حمل ونقل با مشارکت بخش غیردولتی به جای زیربناهایی عمومی و رایگان صددرصد دولتی، بسیار افزایش یافت . ساخت و توسعه راهها از طریق مشارکت بخش غیردولتی به دلیل استحصال فواید و نتایج مطلوبی همچون کمک به جبران کمبود بودجه عمومی جهت ساخت و نگهداری راهها، پاسخگویی به رشد تقاضا و نیز ارتقا کیفیت و مطلوبیت خدمات حمل ونقل فراگیر شده است. همچنین قیمت گذاری راهها به عنوان فرآیندی مناسب جهت بازگشت سرمایه و هزینه های مدیریت و نگهداری راهها، از سوی کشورها پذیرفته شده و در بیشتر آنها به اجرا درآمده است (Heggie,1995).
بنابراین باید اذعان داشت که امروزه قیمت گذاری راهها به یکی از اولویت های کاری در رئوس سیاست های حمل ونقل در سراسر جهان تبدیل شده است . بیشتر کارشناسان و اقتصاددانان حمل ونقل و همچنین سیاست مداران متقاعد شده اند که قیمت گذاری راه، و هزینه های جانبی مربوط به آنها، راهکار مؤثری برای کسب و جذب منابع مالی جهت توسعه و بهبود سیستم های حمل ونقل و همچنین مدیریت تقاضا و کنترل ازدحام روی راهها است.
در مجموع با بررسی اجمالی وضعیت خدمات راهسازی و راهداری در ایران می توان گفت: کشور ایران از نظر توسعه زیرساخت ها و بهبود شبکه راههای خود دارای نیاز زیادی است. تامین منابع مالی و سرمایه از مشکلات اصلی کنونی برای رفع نیازهای زیرساختی است. همچنین در صورت عدم ایجاد فضای منطقی و هدفمند برای ساخت آزادراهها با مشارکت بخش غیردولتی، مشکلات تقاضای برآورده نشده دوچندان شده و آثار نامناسبی بر اقتصاد خواهد گذاشت. علاوه براین، در صورتیکه حتی بخش غیر دولتی نیز به مشارکت بخش دولتی بیاید اما ساز و کار مناسب برای بازگشت سرمایه به سرمایه گذاران در نظر گرفته نشود، مشکلات بیشتری به دولت و سیستم حمل ونقل وارد شده و بار مالی زیادی به بودجه عمومی وارد می شود.
قیمت گذاری راه مفهوم جدیدی نیست. عوارض روی جاده ها و پلها از اواخر قرن هیجدهم یعنی سال 1790 میلادی در آمریکا رایج بوده است. این دوران با شکوفایی اقتصاد آمریکا مقارن بود . در آن موقع حمل ونقل بهتر به معنی آزادراههای بهتر بود. ایالت ها و دولت های محلی بودجه و منابع مالی محدودی در اختیار داشتند که پاسخگوی نیازهای حمل ونقل نبود . بهمین دلیل آزادراههای خصوصی با فاینانس شرکت های سهامی احداث شد و سهام آن در بازارهای بورس معامله می شد. صاحبان سهام از محل دریافت عوارض و مالیات های بزرگراهها، سود سهام خود را دریافت می کردند (Durenberger,1981).
به این طریق راههای خصوصی و سیستم عوارضی در این راهها تا اواسط قرن نوزدهم ادامه داشت و در آن سا لها به اوج خود رسید. توسعه ریل رقابت شدیدی را بین ریل و جاده به وجود آورد که منجر به کم رنگ شدن اهمیت جاده شد. در نتیجه بیشتر بزرگراهها یا به دولت واگذار شدند یا به صورت نیمه دولتی درآمدند. از آن زمان یعنی اواسط قرن نوزدهم تا اواسط قرن بیستم مردم آمریکا رغبت چندانی به قیمت گذاری راهها نشان داده و با آن مخالفت ورزیده اند . از اوایل سال های 1960 سیستم عوارض سنتی برچیده شد و بجای آن سیستم پرداخت فوری جایگزین شد و در دهه های60، 70 و 80 میلادی مورد استفاده قرار گرفت (پژوهشکده حمل و نقل، 1389).
در کشور انگلیس از سال 1964 تاکنون با هدف کم کردن بار ترافیکی راهها و کمک به تامین اعتبارات برای ساخت و توسعه راهها، استراتژی های مختلفی برای قیمت گذاری راهها اجرا شده است. از سال 2003 به بعد در شهر لندن سیاست های سخت گیرانه تر و همراه با نرخ های بالاتر با هدف کاهش هرچه بشتر بارترافیک اعمال شده است.
یکی از موفق ترین تجربه های قیمت گذاری راهها را کشورهای هنگ کنگ(Ison, Rye,2005) و سنگاپور(Goh,2002) از اواسط دهه 70 میلادی تا کنون داشته اند. هنگ کنگ در خلال سال های 80 و 90 میلادی علیرغم رشد جمعیت و تقاضای حمل و نقل توانست 20 % از بارترافیکی درون پایتخت بکاهد. همچنین سنگاپور نیز در مدیریت ترافیک توفیق زیادی داشته و دو دهه است اخذ الکترونیکی عوارض را تجربه می کند.
در کشور نروژ از سال 1930 تا 1980 5% کل بودجه ساخت و توسعه زیرساخت های حمل ونقل از ، محل قیمت گذاری راهها تامین شده است . اما در دو دهه 80 و 90 میلادی تحولات زیادی در سیستم قیمت گذاری راهها به وجود آمد و در نتیجه 26 % کل بودجه ساخت زیربناهای حمل ونقل کشور نروژ در دو دهه مذکور از محل قیمت گذاری راهها تامین گردید. در سال 1997 تعداد پروژه های راهسازی با استفاده از درآمد های حاصل از قیمت گذاری راهها به 30 پروژه رسید(Odeck, Bråthen,1997).
در کشور ایران تا کنون قیمت گذاری سیستماتیک و جامعی روی شبکه راههای کشور انجام نشده است و تنها در چند آزادراه کشور سیستم اخذ عوارض سنتی وجود دارد که البته بیشتر درآمدهای آن صرف پوشش هزینه های ساخت آزادراههای مذکور می شود. در واقع این آزادراهها با سرمایه بخش خصوصی یا بانک ها ساخته شده و در قالب قراردادهای ساخت-عملیات-واگذاری احداث شده اند و تا دوره ی مشخصی با نظارت دولت مجازند کابران این راهها را شارژ کنند.
بطور کلی در بیشتر کشورهای دنیا در سه دهه اخیر، قیمت گذاری راهها به عنوان منبعی مکمل جهت تامین اعتبارات و منابع مالی بخش حمل ونقل، همچنین مشوقی جهت همکاری و تعامل توأم بخش خصوصی و دولتی برای ساخت و توسعه راههای جدید، مدیریت تقاضا و کنترل ترافیک روی شبکه راهها، مورد نگاهی ویژه قرار گرفته است(پژوهشکده حمل و نقل،1389).
1-2- اهداف قیمت گذاری راههااهدافی زیادی برای قیمت گذاری راهها ذکر شده است. در اینجا به ۴ هدف اشاره می شود که در زیرآمده اند.
1. از مشهورترین و مهمترین اهداف قیمت گذاری راهها، هدف مالی و سرمای های است.قیمت گذاری راهها به عنوان منبعی برای کسب درآمد جهت بهسازی و توسعه زیر ساخت های حمل ونقل عمل می کند. شکاف موجود بین نیازهای زیرساختی حمل ونقل و درآمدهای موجود یکی از محرک های اصلی قیمت گذاری است. جمع آوری منابع مالی از این طریق برای پوشش دادن و جبران هزینه های ساخت راه، توسعه راههای فعلی و ساخت زیرساخت های جدید حمل ونقل صورت می گیرد. در بیشتر کشورهای دنیا بخش زیادی از این منابع از محل مالیات بر سوخت، مالیات بر وسائل نقلیه تامین می گردد. با توجه به تحولات تکنولوژیکی و ورود وسائل نقلیه با سوخت های نوین مانند باطری های خورشیدی، پیل های سوختی و امثالهم، که جایگزین وسایل با سوخت فسیلی می شوند ، انتظار می رود بخش حمل ونقل با کاهش مالیات بر سوخت و در نتیجه کاهش منابع مالی مواجه شود. لذا اهمیت قیمت گذاری راهها به عنوان محلی برای تامین منابع مالی مذکور بیشتر می شود . البته به دلیل اینکه در کشور ایران مالیات بر سوخت گرفته نمی شود، این نگرانی بدین صورت برای کشور ما وجود ندارد؛ بلکه بیشتر کمبود منابع مالی برای ساخت و توسعه شبکه راهها دغدغه اصلی محسوب میشود. قابل ذکر است این هدف بیشتر در قیمت گذاری راههای بین شهری در کشور ما و نیز دیگر کشورها دنبال میشود. (پژوهشکده حمل و نقل،1389).
2. هدف دوم ارائه مکانیزمی برای مدیریت تقاضای حمل ونقل است. با تغییر تعرفه ها در طول شبانه روز (که گاهی قیمت گذاری تراکم یا قیمت گذاری ارزش نامیده می شود ) استفاده کنندگان بگونه ای ترغیب می شوند که در طول ساعات شلوغ و پرتردد از سفر پرهیز کنند و سفرهای خود را در ساعات کم تردد انجام دهند. بدین طریق جریان ترافیک تعدیل شده و تقاضای سفر بگونه ای در طول ساعات روز توزیع می شود که کمتر بار ترافیکی شدید به وجود آید. علاوه بر توزیع تقاضا در ساعات مختلف، با تقسیم شبکه راهها به بخش های مختلف و تخصیص تعرفه های متفاوت به هر کدام به توزیع مناسب تقاضا روی کل شبکه پرداخته و از ترافیک شدید جلوگیری می کنند. طبیعی است با کاهش ترافیک، شاخص دسترسی پذیری افزایش یافته و کارایی حمل ونقل بهبود می یابد(May,1992). البته این هدف، بیشتر در مناطق شهری و درون شهرها مدنظر قرار می گیرد. امروزه در بیشتر شهرهای بزرگ و شلوغ دنیا از جمله شهر تهران این هدف دنبال می شود.
3. هدف سوم کاهش آثار زیان آور زیست محیطی است. معمولاً فعالیت های حمل ونقل اعم ازاحداث راهها و حرکت وسایل نقلیه، موجب وارد شدن آسیب هایی به محیط زیست می شو ند. هزینه های محیط زیستی مربوط به زیرساخت های حمل و نقل، شامل مواردی چون تصرف زمین و اراضی، تغییر مناظر و زیباییهای طبیعی، تخریب زیست گاههای وحوش، آسیب رسانی به منابع و ذخایر زمینی، آلاینده های جوی و غیره است(بیضایی،1382). لذا قیمت گذاری بگونه ای انجام می شود که بخشی از قیمت صرف جبران خسارات وارده به محیط زیست شود.
4. هدف چهارم که بیشتر در مناطق خارج از شهر و روستایی دنبال می شود، شارژ مستقیم کسانی است که از راهها، استفاده های مخاطره آمیز می کنند. مثلاً، ادوات سنگین کشاورزی و عمرانی، ممکن است سبب وارد کردن خساراتی به راهها شوند. تصادفات جاده ای نیز به دلیل تحمیل هزینه به اجتماع و البته بخش حمل ونقل، می تواند شامل این مورد باشد که در این صورت، شرکت های بیمه ای باید هزینه ها و عوارض مربوطه را بپردازند . علاوه بر این موارد، استفاده از وسایل غیراستاندارد و فرسوده که بیش از وسایل استاندارد به راهها آسیب می رسانند، مشمول این نوع قیمت گذاری می شوند. در کشور ایران، فرسود گی زیاد ناوگان حمل ونقل از جمله عوامل فرساینده راه بشمار رفته و اصولاً این دسته از وسایل حمل ونقل باید قیمت بیشتری را بابت استفاده ار راهها بپردازند. پیگیری این هدف می تواند به بهبودی وضع ناوگان و کاهش فرسودگی کمک کند(پژوهشکده حمل و نقل،1389).
برحسب اهداف در نظر گرفته شده برای قیمت گذاری راهها، استراتژی های قیمت گذاری نیز متفاوت خواهد بود. بطور مثال، قیمت گذاری در شهرهای کشورهای سنگاپور و هنگ کنگ بیشتر با هدف کاهش تراکم و مدیریت تقاضا است (Olszewski, Xie,2005) و در شهر لندن این کار بیشتر با هدف کاهش آلودگی های زیست محیطی و البته کاهش تراکم صورت می گیرد(Mitchell,2005) در حالیکه در کشور نروژ قیمت گذاری راه با هدف اصلی ساخت و توسعه شبکه راهها انجام می شود(Odeck, Bråthen,2002). در حوزه فعالیت وزارت راه و ترابری در کشور ایران، قیمت گذاری راهها، بیش از آنکه برای کاهش بار ترافیکی مورد نظر باشد، با هدف ساخت و توسعه شبکه راهها و جبران هزینه های ساخت راههای موجود، انجام می گیرد.
1-3- جمع بندی و نتیجه گیریحمل ونقل جاده ای به دلیل خصوصیات ویژه ای که داراست (از جمله انعطاف پذیری در انتخاب مسیر، میزان بار، زمان سفر، دسترسی به نقاط مختلف، عدم نیاز به تجهیزات بارگیری و تخلیه) به عنوان متداول ترین شیوه حمل ونقل در کشورهای مختلف محسوب می شود. در ایران نیز علاوه بر ویژگی های خاص حمل ونقل جاده ای، موقعیت ویژه جغرافیایی، عدم پوشش گسترده شبکه ریلی در سطح کشور، فقدان مقررات محدود کننده در خصوص آثار منفی حمل ونقل جاده ای همچون مسائل زیست محیطی، سبب گشته تا درصد بسیار بالایی از حمل ونقل کالا و مسافر توسط این زیربخش صورت گیرد. بنابراین باید اذعان داشت که امروزه قیمت گذاری راهها به یکی از اولویت های کاری در رئوس سیاست های حمل ونقل در سراسر جهان تبدیل شده است . بیشتر کارشناسان و اقتصاددانان حمل ونقل و همچنین سیاست مداران متقاعد شده اند که قیمت گذاری راه، و هزینه های جانبی مربوط به آنها، راهکار مؤثری برای کسب و جذب منابع مالی جهت توسعه و بهبود سیستم های حمل ونقل و همچنین مدیریت تقاضا و کنترل ازدحام روی راهها است.

فصل دوم
مبانی نظری
2- مبانی نظری تحقیق2-1- مقدمهحمل و نقل یا جابجایی انسان و کالا از نقطه ای به نقطه دیگر، از جمله خصایص ذاتی و کهن ماندگار انسان ها است. در جوامع ابتدایی به فرم معیشتی نیز، حرکت جزو اساسی ترین الزامات روزانه به شمار می رود و برای تولطد و یا جابجایی هر محصول غیر اقتصادی لازم است حجم معینی از حرکات از محل تولید تا مصرف صورت پذیرد تا کالای مورد نیاز به مصرف کننده برسد.
چنین فرایندی از حرکت از حرکت در یک جامعه توسعه یافته مبادلاتی، ابعاد وسیع تری دارد و اشکال مختلفی از حرکت و جابجایی را پدید می آورد. بنابراین حرکت و جابجایی یکی از عمده الزامات انسانی است که نتایج اقتصادی به دنبال دارد. در علم اقتصاد، مجموعه خدماتی که سبب انتقال و جابجایی منابع تولید می گردد دارای ارزش اقتصادی است و بخشی از جریان تولید محسوب می شود. از این رو حمل و نقل از جمله ضروریات اقتصادی است و تقاضا برای حمل و نقل مشتق از سایر فعالیت های اقتصادی و اجتماعی است و لذا محصول حمل و نقل در عین حال که یک تولید پیچیده و مرکب است، تابع تغییرات تقاضا در نقاط و یا بخش های دیگر اقتصاد نیز می باشد(محمودی،1389)
حمل و نقل به گونه سایر فعالیت های اقتصادی بدون هزینه نیست و حرکت در ابعاد فضایی، همانند هر تولید دیگری دارای هزینه می باشد. تفاوت های ساختاری در عملکرد هزینه های انواع مختلف حمل و نقل میدان کاربری وسیعی را برای برنامه ریزی حمل و نقل فراهم می آورد.
روند توسعه در افزایش تسهیلات حمل و نقل جهانی مبین یک روند فزاینده در تقاضا برای سرمایه گذاری در زیر ساخت های حمل و نقل می باشد و به همین دلیل است که سرمایه گذاری در زیر ساخت های حمل و نقل اهمیت یافته و جزو لاینفک برنامه های توسعه ملی گردیده است. در بسیاری از کشورهای توسعه یافته تامین مالی حمل و نقل بخصوص از این جهت اهمیت دارد که حمل و نقل بزرگترین جزء سرمایه گذاری این کشورها را تشکیل می دهد.
به دلیل بالا بودن هزینه های اجرایی طرح های زیر بنایی حمل و نقل و همچنین به خاطر مسئولیت های مالی دولت ها و ضرورت های توزیع در سطح ملی لازم است دولت ها به سرمایه گذاری در زیر ساخت های حمل و نقل توجه عمده ای مبذول دارند.
2-2- هزینه های حمل ونقلعملکردهای زیانبخش فاصله و محدود ساختن ابعاد حرکت در واقع ناشی از هزینه های حرکت است که بر اثر غلبه بر فاصله به وجود می آید. زیرا عملا هر مصرف کننده ای در حرکت بسوی گردآوری منابع مورد نیاز و یا بمنظور مبادله مقداری از درآمد خود با کالا و خدمات، ضرورتا مقادیر مشخصی از منابع کمیاب (پول، وقت و انرژی فیزیکی ) را به مصرف می رساند تا هزینه مسافت را از میان بردارد. بنابراین وقتی از موانع ناشی از مسافت و سنجش آن با واحدهای پولی صحبت می کنیم، در واقع اشاره به عملکرد خدمات حمل و نقل در غلبه بر مسافت و ساخت هزینه های حرکت و بهای مربوط به آن است که بر پایه ذخایر مالی قرار دارد.
ولی روند غلبه بر هزینه های مسافت همیشه بر اساس مبادلات پولی استوار نیست. مثلا قدم زدن تا فروشگاه برای خرید کالای مورد نیاز، پرداخت هزینه ای را شامل می شود که صرفا جنبه فعالیت بدنی داشته و می توان آنرا از طریق محاسبه واحد کالری مصرفی اندازه گیری نمود. در حالی که استفاده از وسایل ارتباطی محتاج مبادله پولی است و روند چنین مبادله ای بر اساس میزان سرمایه گذاری، نوع خدمات و هزینه های ناشی از آن بسیار متنوع است.
از این رو، برای تجزیه و تحلیل هزینه های حمل و نقل ضرورتا باید شناخت وسیعی از ماهیت هزینه های حمل و نقل داشت.حمل و نقل نوع ویژه ای از تولید است که بر خلاف اصول جاری در تولید کالاهای اقتصادی، در یک نقطه مشخص مکانی مستقر نیست ، بلکه عوامل تولید در چنین شیوه ای در طول یک خط معین و یا در امتداد مسیرهای مختلف ترکیب یافته وشکل می گیرند. بنابراین، از لحاظ اقتصادی، ساخت موقعیتی حمل و نقل با موضوعات مورد مطالعه در سایر فعالیت های اساسی دارد. این وضع زاییده اختلاف های بنیادی بین اهمیت و نقش تولیدی خطوط و گذرگاه ها در مقایسه با سایر فعالیت های اقتصادی است که خود مسائل ویژه ای را در موقعیت مکانی پدیده های تولید مطرح می کند. اهمیت بنادر، ایستگاه های راه آهن و سایر ترمینال ها به عنوان کانون فعالیت های حمل و نقل در واقع نتیجه مستقیم ارتباط های زنجیره ای این نقاط با پاره ای از نقاط دیگر است که هرگز به تنهایی حاوی ارزش های اقتصادی بالقوه ای نیستند. ارزش و اعتبار چنین مراکزی یا بر اساس شاخص هایی مانند تعداد مسافران و وزن کالاهای حمل شده و درآمدهای حاصله از آن تعیین می شود و یا ارزیابی آن ها بر پایه معیارهای فیزیکی دیگری قرار دارد. در هر حال، وسایل حمل و نقل و موسسات مربوط به آن عملا کالاهایی را عرضه نمی کنند و درآمد آن ها ناشی از خدماتی است که در مقطع زمانی و مکانی مشخصی ارائه شده است(محمودی،1389).
در هندسه فرض بر این است که هر خطی از به هم پیوستن بی انقطاع مجموعه ای از نقاط هندسی تشکیل می شود که عملکرد هر یک از نقاط مفروض در ساخت این خط برابر و یکسان است. خطوط ارتباطی را از بسیاری جهات همانند عملکرد نقاط در تشکیل خط می توان فرض کرد و ثابت کرد که تولید در طول چنین خطوطی و بر سر هر نقطه ای می تواند احتمال وقوع داشته باشد. بنابراین، سهمی که هر یک از این نقاط در حرکت دادن مسافر . کالا دارند از طریق محاسبه ای ساده (نرخ کالا هنگام صدور از مبدا منهای ارزش آن در زمان ورود به مقصد) می توان تعیین کرد. ولی کیفیت این گونه استدلال ها انسان را متقاعد می سازد که این نوع محاسبات تقریبا غیر عملی است و کمتر با واقعیت های موجود در حمل یک کالا مطابقت دارد. زیرا حمل و نقل هر محموله ای از ایستگاه مبدا علاوه بر هزینه های خدماتی عملا متضمن پاره ای هزینه های سرمایه ای نیز هست. بنابراین ، اگر از تطبیق این فرضیه که قسمت های مختلف یک خط را نقاط هندسی تشکیل می دهند صرف نظر کنیم و حرکت فرضی یک کالا را با ابعاد محدودتر، در طول یک راه آهن در نظر بگیریم در زمینه ترکیب هزینه های حمل و نقل به نتایج بهتری دست خواهیم یافت.
هزینه هایی که در طول راه آهن خیالی ما به واسطه انتقال کالاهای فرضی پدید می آید، نتیجه محاسبه و جمع زدن هزینه هایی مانند دستمزد، اجاره بها، بهره و غیره است. بسیاری از این هزینه ها به خدمات انجام شده در ادارات مرکزی متعلق می گیرد و برخی دیگر به خدمات انجام شده در ایستگاه های بین راه مربوط است و سایر هزینه ها به طول مسیر طی شده مربوط می شود. بدین ترتیب، سود حاصله از این خدمات برخی به بخش های ویژه ای از دارایی راه آهن و برخی دیگر به قسمت های واقع در طول راه مربوط خواهد بود.
حسابداران و متخصصان نرخ گذاری در بررسی توزیع درآمدهای حاصله، روش های ویژه ای دارند که بر حسب این روش ها، نخست هزینه های اداره مرکزی و سایر اقلام مربوط به آن معین می شود، سپس دستمزدها و هزینه های عملیاتی شهرهایی که ایستگاه ها در آنجا واقع شده اند و در آخر، بخش های ویژه ای از مسیر که به طریقی به نظام ارتباطی مربوط اند تعیین می شوند. چنین روشی را در مورد حمل و نقل های زمینی، دریایی و هوایی نیز می توان تعمیم داد و به کار بست. ولی یک اصل عمده در چنین شیوه ای از برنامه ریزی این است که حجم عمده ای از درآمد تقریبا در ترمینال ها جای گرفته و چنین به نظر می رسد که راه هایی که این ترمینال ها را به هم متصل می کنند بدون هزینه نگهداری می شوند، در حالی که چنین نیست و در واقع ساخت هزینه ها در انواع مختلف حمل و نقل سبب و نتیجه عملکرد هزینه های ثابت و هزینه های متغیر است که از سرمایه گذاری در طول مسیر حاصل آمده است. شکل (2-1) توجیه ساده ای از این مطلب است.

شکل 2-1 : عملکرد هزینه های حمل و نقل
به این ترتیب، حمل و نقل نوعی تولید است که در یک فرایند فضایی شکل یافته و در مقایسه با سایر تولیدات اقتصادی غیر قابل ذخیره است و مصرف آتی دارد. مهم تر از همه آنکه تولید حمل و نقل نسبت به مقیاس دارای بازده صعودی است و با افزایش بهره برداری «طول مسیر، وسایط نقلیه، زمان بهره برداری» ، مقدار تولید افزایش می یاید و از این رو عملکرد هزینه ها « ثابت، متغیر» در تولید تسهیلات حمل و نقل دارای وجوه ویژه ای است.
2-2-1- هزینه های ثابتهزینه های ثابت عبارت است از هزینه هایی که در اثر استهلاک فنی سرمایه های اولیه وسایط نقلیه، مخارج ساخت و نگه داری ترمینال ها و راه ها ، پرداخت مالیات های مختلف و عوارض گمرکی پدید می آید. هزینه های ثابت را معمولا غیر مستقیم، هزینه های مکمل، هزینه های اضافی و یا هزینه های سربار می نامند که تابع آن را به شکل زیر می توان نوشت.
TFX=k=0npi viدر رابطه فوق Vi مقادیر عوامل تولید ثابت و Pi قیمت های آن ها فرض شده است.
کوپر هزینه های ثابت را بر حسب کیفیت آن ها به دو قسمت تقسیم می کند. نخست، هزینه های ثابت سرمایه ای که خود شامل سرمایه گذاری مجدد و هزینه های استهلاک و فرسودگی وسایل نقلیه و ساختمان های مربوط به آن می شود و دوم، هزینه های ثابت روزمره که مشتمل بر دستمزدها، هزینه های انبارداری، گمرکات، بازرسی، مدیریت و غیره است. در هر حال، تاثیر پذیری چنین هزینه هایی در ساخت هزینه های کلی حمل و نقل تا حدودی ثابت است. زیرا این هزینه ها نه تنها ارتباط مستقیمی با سطوح مختلف حرکت ندارند، بلکه به آسانی نیز می توان آن ها را به مصرف کنندگان ویژه ای تحمیل کرد، مگر آنکه افزایش استفاده از تسهیلات ترمینال ها و تجهیزات اصلی آنها، مانند کامیون ها، قطارها و خودروها، موجب تقلیل حد متوسط هزینه های ثابت شود. مثلا در خصوص ارتباط دو نقطه از طریق یک سیستم مجهز راه آهن که در آن میلیارها ریال سرمایه گذاری شده است، تاثیر هزینه های ثابت در بهای تمام شده نرخ حمل و نقل به میزان بهره برداری از آن بستگی خواهد داشت. اگر میزان بهره برداری تا حد مشخصی افزایش یابد، سهم هزینه های ثابت در نرخ حمل و نقل به همان نسبت تقلیل می یابد و منحنی آن مانند شکل(2-2) می باشد. بدین ترتیب، اگر شبکه ارتباطی oq که هزینه های ثابت معینی در ساختمان آن به کار رفته است، در فاصله زمانی مشخص، Z مرتبه بهره برداری شود، تاثیر هزینه های ثابت در بهای تمام شده حمل و نقل، به مراتب کمتر از میزان بهره برداری به مقادیر x و y خواهد بود.
اگر چنانکه هزینه های ثابت بر حسب هر تن کالای حمل شده در طول مسافت بیان شود، فرم عمومی عملکرد هزینه های ثابت به گونه ای خواهد بود که با افزایش عملکرد، هزینه های ثابت به ازای هر تن در مسافت طی شده کاهش خواهد یافت و نتیجتا به کاهش نسبی هزینه های متوسط کل منجر خواهد شد (شکل 2-2).

شکل 2-2 : روند تحلیلی هزینه های ثابت بر حسب میزان بهره برداری

شکل 2-3: عملکرد هزینه های ثابت بر حسب تن-مسافت
معمولا هزینه های نیروی کار و تاسیسات ترمینال ها بخش مهمی از هزینه های ثابت حمل و نقل را تشکیل می دهند و در ترمینال های راه آهن و بنادر کشتیرانی، شاخص بهره دهی بر حسب رابطه بین این هزینه ها به ازای هر تن کالای حمل شده ارزیابی می شود.
برآورد میزان واقعی هزینه های ثابت و نحوه عملکرد آن در ساخت کلی هزینه های حمل و نقل همیشه براحتی میسر نیست و بر حسب میزان سرمایه گذاری، از سیستمی به سیستم دیگر تغییر می کند. معمولا هزینه واقعی عمل حمل و نقل بیش از مبلغی است که از ضریب نرخ باربری در تن – کیلومتر به دست می آید. زیرا در غالب کشورها بخش مهمی از هزینه های ثابت به اقتصاد عمومی تحمیل می شود و دولت به منظور تقلیل هزینه های حمل و نقل برای مصرف کننده مقداری از هزینه های ثابت را به صورت کمک های مالی مستقیم و یا غیر مستقیم تعهد می کند. بوریر به نقل از پرفسور پیرات نشان داده است که در کشور آلمان استفاده مجانی از راهها بویژه در سالهای گذشته برای کامیون ها حداقل به منزله کمک مالی معادل 15 الی 20 درصد بهای تمام شده حمل و نقل بوده است. رساندن چنین کمک های مالی و اعتباری از عمده ترین دلایل علاقمندی دولت ها به تشویق تخصص های منطقه ای و ایجاد رفاه و اشتغال در سطح ملی است. البته بازگشت چنین هزینه های از طرف دولت معمولا از طریق اخذ عوارض و مالیات های مختلف بر سوخت و تاسیسات تامین می شود.
بنابراین در هر شرایطی هدف اساسی سیاست دولت از کمک به حمل و نقل عمومی انجام یکسری خدمات در سطح ملی و تسریع فرایند مبادلات به ویژه توزیع مکانی واحدهای تولیدی است تا از تمرکز فعالیت های اقتصادی در قطب های مشخص جلوگیری به عمل آید و استعدادهای نهفته در نقاط دیگر به کار گرفته شوند.
2-2-2- هزینه های جاری یا متغیرهزینه های جاری یا خدماتی مشتمل بر مجموع هزینه هایی است که در ترمینال ها و یا ضمن حرکت در طول مسیر از انجام خدمات لازم پدید می آید. هزینه های متغیر را گاهی هزینه های دسته اول و یا هزینه های مستقیم می خوانند و تابع آن را به شکل زیر می توان نوشت :
Tvc=i=1npj vjدر رابطه فوق Vj مقادیر عوامل متغیر تولید و Pj قیمت آن ها است.
این گونه هزینه ها اصولا بر حسب کیفیت ساختمانی کالا و سیستم حمل و نقل تغییر می کند و به تناسب ظرفیت وسیله نقلیه و ترمینال ها متفاوت است. در هر حال عملکرد آن تابع مجموع هزینه هایی است که از ایستگاه مبدا تا مقصد صرف می شود. اصولا مخارج استاندارد و بسته بندی کالا در نظام های مختلف حمل و نقل متفاوت اند و غالبا میزان آن در حمل و نقل های درازمدت مانند حمل و نقل دریایی بیش از مبالغی است که در حمل و نقل های کوتاه مدت نظیر حمل و نقل هوایی وجود دارد. نرخ بیمه نیز معمولا در حمل و نقل های درازمدت زمینی و دریایی به جهت طول زمانی حمل و نقل و آسیب پذیری کالا بیش از حمل و نقل هوایی است.
علاوه بر هزینه های بارگیری و تخلیه در ایستگاههای مبدا و مقصد هزینه های بارگیری مجدد بین راه را نیز می توان از جمله هزینه های جاری و یا متغیر به حساب آورد. گاهی ممکن است کالایی پیش از حرکت از ایستگاه مبدا و قبل از رسیدن به ایستگاه مقصد چندین مرحله جابجایی را به همراه داشته باشند که هر یک از آنها هزینه های متفاوتی را بر سطح هزینه های خدماتی وارد می کنند.
در مواردی ممکن است انتقال کالا از یک نوع وسیله نقلیه به نوع دیگر، علاوه بر هزینه های فنی و بارگیری مجدد، مخارج انبارداری و احیانا ایجاد ضایعات و گاهی تاخیر زمانی تحویل کالا را به همراه آورد که هر یک در نوع خود متضمن هزینه های متغیر است.
به هر حال هزینه های متغیر را بر حسب نوع آنها در دو گروه مشخص می توان طبقه بندی کرد.
الف) هزینه های متغیر که بطور مطلق با مسافت طی شده رابطه نسبی دارند
ب) هزینه های متغیری که رابطه مطلق با مسافت طی شده ندارند. مانند پرداخت عوارض گمرکی و هزینه استفاده از ترمینال ها (شکل 2-4)

شکل 2-4: هزینه های متغیر بر حسب عملکرد حمل و نقل
هزینه های متغیر به طور کلی بسیار متنوعند و از یک نوع حمل و نقل به نوع دیگر دارای تفاوت های زیادی می باشند. به همین دلیل گاهی اوقات تفکیک کردن هزینه ها کار بسیار پیچیده ای می باشد. با این حال در اقتصاد حمل و نقل ضرورت دارد که کار تحلیل هزینه ها به دقت انجام پذیرد(محمودی،1389).
2-2-3- هزینه های خارجیهزینه هایی که از عملکرد بنگاه حمل و نقل به محیط زیست تحمیل شده است ولی بابت آن مبلغی پرداخت نمی شود هزینه های خارجی یا در مواردی هزینه های چرخه حیات نامیده می شوند. در مدل تعادل عمومی چنین فرایندی دارای پیامد خارجی است و اثرات زیانباری را از طریق عملکرد یک بنگاه اقتصادی بر منافع یا هزینه های فرد و یا بنگاه دیگری اعمال می کند.
از نظر اقتصاد دانان، آلودگی در محیط زیست ابعاد وسیع تری را شامل می شود و اثرات آن زنجیره وسیعی را در چرخه حیات تحت تاثیر خود قرار می دهد. کلیه هزینه های تباهی و خسارت پذیری محیط زیست چه در قالب هزینه های بازسازی و چه بصورت هزینه های اجتناب از خسارت از آثار تخریب و آلودگی محیط زیست به شمار می روند.
بازتاب تخریب در حوزه حمل و نقل بسیار وسیع است. نتایج مطالعات انجام شده(محمودی،1383) مشخصا به چهار نوع از انواع هزینه های خارجی که بر عملکرد سیستم های مختلف حمل و نقل تاثیر می گذارند اشاره دارد. این نوع هزینه ها در ساده ترین شکل خود عبارتند از هزینه های خارجی ناشی از :
آلودگی صدا
آلودگی هوا
اثرات هزینه ای ناشی از تراکم
هزینه های حاصل از تصادفات
نتایج مطالعات انجام شده در سال 1991 در هفده کشور اروپایی نشان می دهد که 92 درصد هزینه های خارجی مربوط به حمل و نقل جاده ای، 9/5 درصد مربوط به حمل و نقل هوایی، 7/1 درصد مربوط به راهآهن و فقط 3/0 درصد آن به حمل و نقل آبی تعلق دارد.
یک مثال ساده برای شناخت نحوه عملکرد این هزینه ها وضعیت موجود در ترافیک شهری است که مترادف با حجم بالایی از آلاینده ها می باشد. مطالعات موردی نشان داده است که مصرف بنزین و سایر سوخت های فسیلی، مواد آلاینده ای از نوع منو اکسید کربن،هیدرو کربورها، اکسیدهای ازت و غیره را به مقدار زیادی در محیط های شهری پراکنده می کند، در حالی که هزینه های تخریب آن عملا پرداخت نمی شود.
بنابراین لازم است رانندگان شهری علاوه بر پرداخت بهای بنزین هزینه ای نیز بابت تخریب حاصل از مصرف آن که در قیمت بنزین مستتر شده است را پرداخت نمایند. این عمل در نوع خود سبب خواهد شد مصرف بنزین با کاهش قابل ملاحظه ای مواجه شود.

شکل 2-5: تعادل عرضه بنزین با احتساب هزینه های آلوده سازی محیط زیست
در نمودار فوق منحنی تقاضا PP و منحنی عرضه SS است. قیمت بنزین در نقطه تلاقی این دو منحنی یعنی EM به قیمت PM می باشد. با افزایش هزینه های خارجی ناشی از مصرف بنزین منحنی عرضه SS به S’S’ انتقال پیدا کرده است که این منحنی تابع تقاضا را در نقطه E’ قطع می کند. در چنین شرایطی اگر چه بنزین در مقدار کمتری عرضه می شود ولی بدلیل اینکه با قیمت بیشتری بفروش می رسد موجبات کاهش مصرف را فراهم می آورد. همچنین در نمودار فوق تفاضل PM’ و PM نشان دهنده هزینه های خارجی هستند که مصرف کنندگان از پرداخت آن خودداری می کنند.
روش داخلی کردن هزینه های خارجی اگرچه در موارد بسیاری ممکن نیست، ولی برای پیشگیری از اثرات نامطلوب زیست محیطی، لازم است با ایجاد ضوابط و مقرراتی روش هایی برای پرداخت اینگونه هرینه ها اعمال گردند.
2-3- قیمت گذاری حمل ونقلدر تئوری اقتصاد، قیمت ها دارای دو نقش اساسی هستند. نخست تخصیص بهینه خدمات و کالاها میان مصرف کنندگان و دوم انگیزه برای تولید کنندگان و حفظ منافع آنان. هدف یک گرداننده حمل و نقل در سیاست قیمت گذاری به حداکثر رساندن درآمد است. این کار به دو طریق ممکن می شود(محمودی،1389) :
گسترش اندازه بازار
جذب مشتریان جدید و افزایش سهم خود در بازار
یکی از مسائلی که در قیمت گذاری حمل و نقل می بایست مد نظر قرار داده شود هزینه های خارجی است که از مهمترین آنها هزینه تراکم ناشی از سنگینی ترافیک می باشد، که اغلب از سوی افراد و یا شرکت های حمل و نقل در نظر گرفته نمی شوند.
2-4- قیمت گذاری بر اساس هزینه خارجیاگرچه اصول قیمت گذاری بخش عمومی و وضع مالیات و عوارض امر شناخته شده ای است ولی به هر حال طرح و اجرای آن در مسائل حمل و نقل بخصوص در حمل و نقل جاده ای مشکلات و ویژگی های خاص خود را دارد. اصولا به دلیل مشکلات گردآوری عوارض از استفاده کنندگان محلی جاده های برون شهری، مخارج مستقیم مربوط به استفاده از این تاسیسات، پایه مهمی برای تامین مالی این زیر ساخت ها نمی باشد. از سوی دیگر هزینه های جانبی ناشی از استفاده از این تاسیسات، بسط و توسعه عملیات حمل و نقل بر روی آنها نیز به دلیل ضعیف بودن بنیان مالیاتی و یا به دلیل توسعه نیافتگی سیستم های مالی دارای عملکرد درستی نبوده و توزیع بهینه خدمات را با مشکل مواجه می کند.
به منظور ایجاد یک پیوند مفید اقتصادی و محیطی لازم است هزینه های مصرف کنندگان تاسیسات حمل و نقل در رابطه با افزایش درآمد طوری تنظیم شود که اولا از ظرفیت موجود استفاده موثر به عمل آید و ثانیا تامین هزینه های جانبی آنها فراهم شود.
مساله کارایی را می توان از طریق انتخاب بهینه در وسایط نقلیه و سوخت، افزایش کارایی میان قسمت های مختلف حمل و نقل و اعمال سیاست های مناسب در نگاه داری و مدیریت زیر ساخت های حمل و نقل تعمیم داد. امروزه با استفاده از روش های مختلف اخذ عوارض و مالیات که معمولا از طریق نصب باجه های مخصوص در محل های معین صورت می گیرد، موجب پیدایش یک درآمد دائمی شده و در نهایت موجب بوجود آمدن تشویق کننده ای برای استفاده کنندگان و متصدیان امور حمل و نقل گردیده است. افزایش کارایی منابع به خدمت گرفته شده در زیر ساخت های حمل و نقل و همچنین تخصیص بهینه منابع میان اشکال مختلف حمل و نقل نتایج مستقیم اینگونه تصمیمات می باشد. اینگونه اقدامات که سیاست های قیمت گذاری خاصی را می طبید، در نوع خود می تواند هزینه ها را کاراتر سازد و اساس و بنیان مالی بهتری را برای تدارک و نگاه داری تاسیسات حمل و نقل بوجود بیاورد.
در محتوای بهینه سازی هزینه ها این حقیقت وجود دارد که رفت و آمد در جاده ها چندین نوع آثار بیرونی از جمله ایجاد تراکم، آلوده سازی محیط زیست، تخریب سطوح جاده و غیره را به دنبال دارد که هر یک در نوع خود متضمن هزینه های جانبی است.
اثرات خارجی این عوامل و سطح اصطکاک آن در جاده ها به مقدار و نوع سوخت مصرفی وفناوری که در کاربرد این مواد انتخاب شده بستگی دارد. امروزه اخذ عوارض در محدوده نواحی پرتراکم جاده ها موجب شده است بخشی از هزینه های فوق تامین شود. گزارش بانک جهانی حاکی از آن است که اعمال این سیستم در بازگرداندن بخشی از هزینه های جانبی در سنگاپور بسیار موثر بوده است.
اخذ مالیات بابت بنزین و سایر سوخت های فسیلی به علت قابلیت آن در کاربردهای مختلف جانشین مناسبی برای کنترل آلوده سازی محیط زیست بشمار می رود. البته علیرغم آنکه مالیات بر بنزین نقش چندان مهمی را نمی تواند در محدود ساختن تراکم اعمال نماید ولی در بسیاری از کشورها تنها ابزاری است که به منظور رعایت کنترل ترافیک بکار برده می شود.
برای ایجاد فرایندی در فرموله کردن قیمت ابتدا لازم است اجزای تشکیل دهنده قیمت به خوبی شناخته شوند و سپس با استفاده از تجربیات جهانی و در نظر گرفتن قوانین، ضوایط قیمت تعیین شود. در مورد سوخت های فسیلی جامعه جهانی تقریبا به رعایت اصول فوق توافق دارد :
هزینه های منابع سوخت در حد قیمت های جهانی تعیین شود
هزینه های خارجی ناشی از مصرف سوخت در کلیه سطوح اعمال شود
هرگونه مالیات و یا عوارض برای مصرف و یا تعدیل مخارج باید بگونه ای تنظیم شود که تغییر در الگوی مصرف را به حداقل برساند.
تاکید دستور العمل فوق این است که هر گاه هزینه های جانبی و مخارج استفاده از تاسیسات زیربنایی حمل و نقل به طور مستقیم تامین نمی شود، مالیات بر سوخت و اخذ هزینه های خارجی می تواند هزینه های مربوط به زیر ساخت های حمل و نقل و برخی از هزینه های محیطی را بپوشاند. هر چند قیمت سوخت یک جانشین خیلی ضعیف برای تامین هزینه های حمل و نقل به شمار می رود ولی در شرایطی که حمل و نقل به طور سیستماتیک در طول روز جریان دارد می تواند به عنوان بهترین جانشین انتخاب شود. به دنبال تمهیدات فوق انتخاب یک روش مناسب برای قیمت گذاری خدمات حمل و نقل با مشکلاتی همراه می باشد زیرا اکثر منازعات بر سر قیمت به تخصیص هزینه های مشترک کل مربوط می شود. بنابراین بهتر است ابتدا یک محاسبه کلی از هزینه های زیر بنایی و همچنین هزینه های خارجی به عمل آورده و سپس در قیمت تعمیم داده شود.
بهترین مثال در چگونگی انجام این امر شامل مطالعاتی است که توسط گرانائو در سال 1994 و وینوبری در سال 1988 در کشورهای غنا، زیمباوه و تونس برای بانک جهانی انجام شده است. در این مطالعات چنین راهکار مناسب برای هزینه یابی و اعمال سیاست های مالیاتی در سیستم قیمت گذاری حمل و نقل نشان داده شده است. اساسی ترین نکته این مطالعات تاکید بر روی هزینه های جانبی است که از طریق تخریب جاده ها و افزایش تراکم توسط وسایل نقلیه سنگین و اتوبوسها ایجاد می شود.اگر چه بخش عمده از این خرابی ها به شرایط جغرافیایی مناطق مربوط می شود ولی نقش عمده وسایل نقلیه سنگین را نمی توان از نظر دور داشت. توصیه لازم در این زمینه این است که اولا هزینه های سرمایه ای در حساب مخارج گنجاند شود ثانیا مالیات سوخت بر حسب مسافت و میزان بارگیری اخذ شود. به طور مثال در برخی از کشورها مالیات سالانه برای وسایط نقلیه سنگین و خودروهای سواری با توجه به نوع خودرو متفاوت می باشد. مقدار مالیات در این شرایط به طور قابل ملاحظه ای به ظرفیت های بارگیری وسایل نقلیه بستگی دارد. این مسئله موجب برطرف شدن تخصیص هزینه های خارجی و توزیع آنها نمی شود ولی تاثیر بسزایی در بهبود آنها ایجاد می کند. الیته باید توجه داشت در انتخاب سیستهای اخذ مالیات و عوارض اولا باید بسیار محتاطانه عمل کرد و از اتخاذ روشهای نا معقول که ممکن است به آشفتگی بازار بینجامد اجتناب نمود، ثانیا افزایش درآمد عاملی برای توسعه دادن عرضه بشمار می رود و از این رو لازم است درآمدهای حاصله از منابع فوق به بهبود ساختار حمل و نقل اختصاص داده شود.
2-5- پیش بینی حجم ترافیکطی دهه اخیر پیشرفت و گسترش شناسگرهای ترافیکی، امکانات جدیدی را برای مدیریت ترافیک و شبکه معابر فراهم کرده است. شناسگرهای ترافیکی در سطح شبکه معابر نصب شده و به صورت لحظه ای پارامترهای ترافیکی را برداشت می کنند. اطلاعات برداشت شده توسط شناسگرها به کمک بستر مخابراطی به مرکز کنترل ترافیک – مرکز شهری و یا جاده ای – منتقل می شوند. یکی از وظایف مرکز کنترل ترافیک استفاده بهنگام از این اطلاعات برای مدیریت ترافیک است. مدل پیش بینی حجم ترافیک در کوتاه مدت یکی از بخش هایی است که از این اطلاعات استفاده می کند. این مدل با بکارگیری اطلاعات شناسگرهای ترافیکی هر معبر، حجم عبوری از یک معبر در لحظات پیش رو را پیش بینی می کند. از این اطلاعات برای مدیریت پیشگیرانه ترافیک استفاده می شود (افندی زاده، کیانفر،1387).
مدل های مرسوم پیش بینی، مقدار حجم ترافیک را برای سال های آینده و یا برای سناریوهای مختلف پیش بینی می کنند. این پیش بینی با استفاده از مدل های آینده و یا برای سناریوهای مختلف پیش بینی می کنند. این پیش بینی با استفاده از مدل های چهار مرحله ای و یا مدل های مستقیم انجام می شود. نتایج حاصل از این پیش بینی در حوزه برنامه ریزی حمل و نقل بکار گرفته می شود.
شبکه های عصبی از اجزای هوش مصنوعی هستند که در حوزه های کاربردی مختلف با موفقیت استفاده شده اند. یکی از روش پیشنهادی در اینجا، بکارگیری تکنیک های هوش مصنوعی می باشد.در ادامه از روش آماری رگراسیون جهت پیش بینی حجم تردد استفاده گردیده است و در انتها به مقایسه دو روش می پردازیم.
2-6- کلیات شبکههای عصبی مصنوعی تفاوت انسان با سایر موجودات زنده دیگر در توانایی تصمیمگیری و اراده اوست که به ساختار پیچیده مغز و سلسله اعصاب او بر می گردد. از دیرباز دانشمندان و محققین زیادی علاقمند به شناخت ساختمان مغز انسان و چگونگی انجام محاسبات و پردازشها در آن بودهاند آنچه باعث توجه گسترده به این موضوع شده اموری است که مغز آنها را در کسری از ثانیه انجام میدهد (مثل شناسایی چهره آشنا) در حالی که رایانههای دیجیتال برای انجام آنها نیاز به زمان زیادی دارند، بنابراین مغز برای محاسبات خود اساسا از ساختاری کاملا مغایر با ساختار رایانههای متداول برخوردار میباشد.
احساس نیاز بشر برای دستیابی به هوش مصنوعی به منظور نزدیکتر کردن ارتباط انسان و ماشین و دستیابی به ماشینهای هوشمندی که بتواند از عهده وظایف پیچیدهتر برآیند انگیزه اصلی تحقیقات گسترده بر روی سیستم عصبی انسان و دیگر موجودات زنده و تلاش در جهت شبیهسازی مصنوعی آن بوده است. شبکه عصبی مصنوعی (ANN)  ایدهای است برای پردازش اطلاعات که از سیستم عصبی زیستی الهام گرفته شده و مانند مغز به پردازش اطلاعات میپردازد . عنصر کلیدی این ایده ، ساختار جدید سیستم پردازش اطلاعات است.
2-7- نرون بیولوژیکی
همانطورکه گفته شد شبکههای عصبی مصنوعی الهام گرفته از سیستمهای بیولوژیکی هستند. اما اختلافهای عمدهای بین معماری و قابلیت شبکههای عصبی مصنوعی و طبیعی وجود دارد.
مغز انسان به عنوان یک سیستم پردزاش اطلاعاتی با ساختار موازی از 100 تریلیون (1011) نرونهای به هم مرتبط با تعداد کل (1016) ارتباط میباشد که این نرونها از طریق شبکهای از آکسونها و سیناپسها با چگالی تقریبی10 هزار سیناپس در هر نرون ، با هم ارتباط دارند.
محیط عملکرد این نرونها یک محیط شیمیایی است. گیرندههای حسی تحریکات را هم از محیط و هم از داخل بدن دریافت میکند. این تحریکات که به صورت ایمپالسهای الکتریکی هستند اطلاعات را به شبکه نرون ها وارد میکنند. سیستم عصبی مرکزی، اطلاعات دریافتی را پردازش میکند و با کنترل انگیزندهها پاسخ انسان را به صورتهای مختلف بروز میکند.

شکل 2-6: اجزای اصلی یک شبکه عصبی بیولوژیکسلول عصبی یا نرون که عنصر اساسی شبکه عصبی است در شکل 2-6 نشان داده شده است اجزا این سلول عبارتند از : بدنه سلول ، اکسون ، دندریت ، سیناپس
2-8- شبکههای عصبی مصنوعیشبکههای عصبی، نظیر انسانها، با مثال یاد میگیرند . یک ANN برای انجام وظیفههای مشخص، مانند شناسایی الگوها و دستهبندی اطلاعات، در طول یک پروسه یادگیری، تنظیم میشود . در سیستمهای زیستی یادگیری با تنظیماتی در اتصالات سیناپسی که بین اعصاب قرار دارد همراه است. این روش آموزش ANN ها نیز میباشد.
در این قسمت شبکههای عصبی را بر اساس ساختار شبکههای عصبی بیولوژیکی که مطرح شد معرفی میکنیم. اما قبل از آن شباهتهای بین این دو شبکه را عنوان میکنیم.
بلوکهای ساختاری در هر شبکه دستگاههای محاسباتی خیلی سادهای هستند و مضاف بر این نرونهای مصنوعی از سادگی بیشتری برخوردار میباشند.
ارتباطات بین نرونها عملکرد شبکه را تعیین میکند.
اما با وجود اینکه نرونهای بیولوژیکی از نرونهای مصنوعی که توسط مدارات الکتریکی ساخته میشوند بسیار کندتر هستند (یک میلیون بار)، عملکرد مغز خیلی سریعتر از عملکرد یک رایانه معمولی است. علت این پدیده بیشتر به دلیل ساختار کاملا موازی نرونها میباشد و این یعنی اینکه همه نرونها معمولا به طور همزمان کار میکنند و پاسخ میدهند از آنجائی که شبکههای عصبی مصنوعی هم دارای ساختار موازی هستند اما توسط رایانههای سری پیادهسازی میشوند و این مسأله باعث افت سرعت شدید در این شبکهها میشود.
با وجود این که شبکههای عصبی مصنوعی با سیستم عصبی طبیعی قابل مقایسه نیستند ویژگیهایی دارند که آنها را در بعضی از کاربردها مانند تفکیک الگو ، رباتیک ، کنترل و به طور کلی در هر جا که نیاز به یادگیری یک نگاشت خطی یا غیر خطی باشد ممتاز مینمایند. این ویژگی ها به شرح زیر هستند:
قابلیت یادگیری: استخراج نتایج تحلیلی از نگاشت غیر خطی که با چند مثال مشخص شده کار ساهای نیست. چون میدانیم که یک نرون یک دستگاه غیر خطی است در نتیجه یک شبکه عصبی که از اجتماع این نرونها تشکیل میشود هم یک سیستم کاملا پیچیده و غیرخطی خواهد بود. به علاوه خاصیت غیرخطی عناصر پردازش در کل شبکه توزیع می گردد هنگام پیاده سازی این نتایج با یک الگوریتم معمولی وبدون قابلیت یادگیری نیاز به دقت و مراقبت زیادی دارد درچنین حالتی سیستمی که بتواند خود این رابطه را استخراج کند بسیار سودمند به نظر میرسد . خصوصاً اینکه افزودن مثالهای اجتماعی در آینده به یک سیستم با قابلیت یادگیری، به مراتب آسانتر از انجام آن در یک سیستم بدون چنین قابلیتی است.
قابلیت یادگیری یعنی توانایی تنظیم پارمترهای شبکه (وزنهای سیناپتیکی) در مسیر زمان که محیط شبکه تغییر میکند و شبکه شرایط جدید را تجربه میکند، با این هدف که اگر شبکه برای یک وضعیت خاص آموزش دید و تغییر کوچکی در شریط محیطی شبکه رخ داد، شبکه بتواند با آموزش مختصر برای شریط جدید نیز کارآمد باشد. دیگر اینکه اطلاعات در شبکههای عصبی در سیناپسها ذخیره و هر نرون در شبکه، به صورت بالقوه ازکل فعالیت سایر نرونها متأثر میشود. در نتیجه، اطلاعات از نوع مجزا از هم نبوده، بلکه متأثر از کل شبکه میباشد.
2- پراکندگی اطلاعات: آنچه که شبکه فرا میگیرد و یا به عبارت دیگراطلاعات یا دانش، در وزنهای سیناپسی مستتر میباشد و رابطه یک به یک بین ورودیها و وزنهای سیناپتیکی وجود ندارد. میتوان گفت که هر وزن سیناپسی مربوط به همه ورودیها است ولی به هیج یک از آنها به طور منفرد مربوط نیست به عبارت دیگر هر نرون در شبکه از کل فعالیت سایر نرونها متأثر میباشد در نتیجه اطلاعات به صورت زمینهای توسط شبکههای عصبی پردازش میشود.
3- قابلیت تعمیم: پس از آنکه مثالهای اولیه به شبکه آموزش داده شد شبکه می تواند در مقابل یک ورودی آموزش داده نشده قرار می گیرد و یک خروجی مناسب ارائه نماید. این خروجی بر اساس مکانسیم تعیمم که همانا چیزی جز پروسه درونیابی نیست بدست می آید.
4- پردازش موازی: هنگامیکه شبکه عصبی در قالب سخت افزار پیاده می شود سلول هایی که در یک تراز قرار می گیرند میتواننند به طور همزمان به ورودی های ان تراز پاسخ دهند. این ویژگی باعث افزایش سرعت پردازش می شود در واقع در چنین سیستمی ، وظیفه کلی پردازش ، بین پردازنده های کوچکتر مستقل از یکدیگر توزیع می گردد.
5- مقاوم بودن: در یک شبکه عصبی ، هر سلول به طور مستقل عمل می کند و رفتار کلی شبکه برآیند رفتارهای محلی سلول های متعددی است. این ویژگی باعث می شود تا خطاهای محلی از چشم خروجی نهایی دور بمانند. به عبارت دیگر سلول ها در یک روند همکاری، خطاهای محلی یکدیگر را تصحیح می کنند این خصوصیت باعث افزایش قابلیت مقاوم بودن در سیستم می گردد.
2-9- تاریخچه شبکههای عصبی مصنوعی
گرچه برخی از پیش زمینههای شبکههای عصبی در اوائل قرن بیستم و اواخر قرن نوزدهم در فیزیک، روانشناسی و نروفیزیولوژی مطرح گردید، ولی دیدگاه جدید شبکههای عصبی در دهه 40 قرن بیستم شروع شد. در سال 1943 اولین مدل نرون بر مبنای ساختمان نرون بیولوژیکی توسط McCulloch و Pitts ارائه شد که به نرون M-P مشهور است . در این نرون وزنها به دو دسته تحریک (1+) و بازدارنده (1-) تقسیم میشوند. ورودیها و خروجی نرون تنها میتواند مقادیر باینری صفر و یک را بگیرند. نرون وقتی فعال است که میزان کلی تحریک از یک مقدار یا حد آستانه بیشتر شود. با این مدل میتوان عملیات منطقی نظیر AND ، OR و NOT را انجام داد.
در سال 1949، اولین قانون یادگیری به نام قانون یادگیری Hebb ارائه شد. هب در کتاب مشهور خود بیان کرد که ارتباط بین نرونهای مغز همراه با یادگیری تغییر میکند. بر طبق نظریه هب، تحریک مکرر یک نرون توسط نرونی دیگر از طریق یک ارتباط خاص، هدایت آن ارتباط را افزایش میدهد. در سال 1958، Rosenblat یک شبکه عصبی موسوم به پرسپترون را معرفی کرد که شبکهای متشکل از نرون های M-P بود. پرسپترون متشکل از یک لایه ورودی بود که به وسیله وزنهایی قابل تنظیم به نرونها متصل میشد. قاعده یادگیری پرسپترون بر مبنای تحصیح وزن در یک روش تکراری است که قویتر از قاعده یادگیری هب است.
در اوایل دهه 60 Widrow و شاگردش Hoff یک قاعده یادگیری که به نام ویدرو – هوف یا قاعده دلتا نامیده میشود، ارائه دادند که مشابه قاعده یادگیری پرسپترون بود.
قاعده دلتا وزنها را برای کاهش خطای مابین ورودی به نرون خروجی و خروجی مطلوب تصحیح میکند این شبکه به نام آدلاین نامیده میشود بعدها شبکههای چند لایه از آدلاین به نام مادلاین به وجود آمدند.
این شبکهها کاربرد گستردهای در زمینه مخابرات شناسایی الگو و مسائل کنترل داشتند. اما در سال 1969 ،Minsky و Papert محدودیتهای پرسپترون را در تمایز گذاشتن بین برخی الگوهای ساده نشان دادند و متذکر شدند که یک نرون M-Pنمیتواند عنصر محاسباتی کاملی باشد. همچنین نبود رایانههای سریع به این مشکل دامن میزند از اینجا دوران رکود در شبکههای عصبی شروع شد که این رکود تا اواسط دهه 80 ادامه داشت.
در اواسط دهه 80 رشد تکنولوژی VLSI از دو جهت باعث رشد عملی شبکههای عصبی شد. با پیشرفت تکنولوی VLSI قدرت و سرعت میکروپروسسورها به درجهای رسید که میتوانستند شبکههای چند لایه بزرگ را شبیهسازی کنند، تکنولوژی VLSI برای پیادهسازی سختافزاری شبکههای عصبی به منظور بهره بردن از خواص موازی بالای آنها مناسب به نظر میرسید. از طرف دیگر نظریههای جدید نیز باعث رشد تئوریک این شبکههای شدند. استفاده از مکانیزم تصادفی جهت توضیح عملکرد یک طبقه وسیع از شبکههای برگشتی که میتوان آنها را جهت ذخیره سازی اطلاعات استفاده نمود. این ایده توسط Hopfield فیزیکدان آمریکایی در سال 1982 مطرح شد دومین ایده مهم که کلید توسعه شبکههای عصبی در دهه 80 مطرح شد الگوریتم پس انتشار خطا میباشد که توسط Rummelhurt در سال 1986 مطرح گردید. با بروز این دو ایده شبکههای عصبی متحول شدند.
در ده سال اخیر هزاران پروژه - ریسرچنوشته شده است و شبکههای عصبی کاربردهای زیادی در رشتههای مختلف علوم پیدا کردهاند. شبکههای عصبی در هر دو جهت توسعه تئوریک و عملی در حال رشد میباشند. بیشتر پیشرفتها در شبکههای عصبی به ساختارهای نوین و روشهای یادگیری جدید مربوط میشود آنچه که در مورد آینده میتوان گفت این است که شبکههای عصبی جایگاه مهمی به عنوان یک ابزار علمی که بتواند برای حل مسائل خاص مورد استفاده قرار گیرد خواهند داشت.
2- 10- مدلهای شبکههای عصبی مصنوعی
برای مدل کردن آسانتر سیستم عصبی بیولوژیکی، در شبکههای عصبی مصنوعی فرض بر این است که اطلاعات در اتصالات مابین نرونها و توابع انتقالی آنها قرار دارد بسته به نوع کاربرد شکبههای عصبی با ساختارهای مختلف وجود دارند درکل میتوان شبکههای را از سه جهت دستهبندی کرد.
ساختمان و عملکرد هر نرون