بررسی وضعیت جریان آب در دریاچه هفت برم با استفاده از فناوری تکه‌نگاری صوتی

آب و خاک

مقاله 3، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 63، بهار 1398، صفحه 23-35  

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i1.72706

نویسندگان

مسعود بحرینی مطلق ؛ رضا روزبهانی؛ مرتضی افتخاری؛ علیرضا کاوسی حیدری؛ سینا ابوالحسینی

موسسه تحقیقات آب

چکیده

تکه­نگاری صوتی شاخه‌ای از علم سنجش ‌از دور است که با ارسال و دریافت دوسویه امواج صوتی خصوصیات جریان را اندازه­گیری می­کند. اگرچه این روش به­طور گسترده در کشورهای توسعه­یافته برای پایش سرعت آب در رودخانه‌ها، دریاها و اقیانوس‌ها بکار گرفته می­شود، اما هیچ سابقه­ای از استفاده آن برای اندازه­گیری سرعت جریان در درون دریاچه­ها وجود ندارد. در این مقاله نتایج کاربرد فناوری تکه­نگاری صوتی برای اندازه­گیری سرعت جریان در دریاچه برای اولین بار ارائه شده است. جهت انجام این تحقیق دو دستگاه تکه­نگاری صوتی به فاصله‌ی 262 متر از یکدیگر در یکی از دریاچه‌های شیرین هفت­برم واقع در غرب شیراز قرار داده شد و امواج صوتی با بسامد 30 کیلوهرتز در هر 40 ثانیه توسط دستگاه­ها ارسال شدند. نتایج نشان داد که زمان طی شده امواج صوتی در طول آزمایش حدود 177 میلی‌ثانیه است. با استفاده از میانگین زمان رسیدن امواج به ایستگاه مقابل و اختلاف ‌زمان رسیدن امواج در ایستگاه­ها، سرعت صوت و سرعت متوسط جریان آب به ترتیب 1481 متر بر ثانیه و 5/1- سانتی‌متر بر ثانیه اندازه­گیری شد. بررسی‌ها نشان‌ می‌دهد، جریان معنی‌داری به سمت حاشیه دریاچه در زمان انجام این آزمایش وجود داشته است. به­عبارت­دیگر این مطالعه بیانگر تغذیه آبخوان آبرفتی حاشیه دریاچه از آب درون دریاچه می‌باشد، که این امر با شرایط هیدروژئولوژیکی این آبخوان و مطالعات پیشین انجام شده در منطقه همخوانی دارد.‌ بنابراین این مطالعه نشان می‌دهد امکان تعیین جریان‌های ورودی یا خروجی زیرزمینی از دریاچه‌ها با استفاده از فناوری تکه­نگاری صوتی وجود دارد. 

کلیدواژه‌ها

سنجش‌ازدور درون آب؛ روش تکه نگاری صوتی؛ زمان طی شده امواج صوتی؛ سرعت صوت در آب؛ سرعت جریان آب

مراجع

1. - Adityawarman Y. 2011. Advanced design of the coastal acoustic tomography system and its application to environmental monitoring of the Seto Inland Sea. Hiroshima University Yudi.
2. - Chepurin YA. 2007. Experiments on underwater acoustic tomography. Acoust Phys. 53(3):393–416.
3. - Zhang C. 2015. Innovative study on non-tidal environmental variations of the Seto Inland Sea by the external forcing. Doctoral Dessertation,. Hiroshima University.
4. - Munk, W.H. and Worcester, P.F., 1988. Ocean acoustic tomography. Oceanography, 1(1): 8-10.
5. - Munk W, Worcester P, Wunsch C. 1995. Ocean Acoustic Tomography. Cambridge University Press, NewYork.
6. - Howe, B.M., Worcester, P.F. and Spindel, R.C., 1987. Ocean acoustic tomography: Mesoscale velocity. Journal of Geophysical Research: Oceans, 92(C4), pp.3785-3805.
7. - Taniguchi, N., Huang, C.F., Kaneko, A., Liu, C.T., Howe, B.M., Wang, Y.H., Yang, Y., Lin, J., Zhu, X.H. and Gohda, N., 2013. Measuring the Kuroshio Current with ocean acoustic tomography. The Journal of the Acoustical Society of America, 134(4):3272-3281.
8. - Sagen, H., Dushaw, B.D., Skarsoulis, E.K., Dumont, D., Dzieciuch, M.A. and Beszczynska‐Möller, A., 2016. Time series of temperature in Fram Strait determined from the 2008–2009 DAMOCLES acoustic tomography measurements and an ocean model. Journal of Geophysical Research: Oceans, 121(7):4601-4617.
9. - Behringer, D., Birdsall, T., Brown, M., Cornuelle, B., Heinmiller, R., Knox, R., Metzger, K., Munk, W., Spiesberger, J., Spindel, R. and Webb, D., 1982. A demonstration of ocean acoustic tomography. Nature, 299(5879):121.
10. - Cornuelle, B.D., Worcester, P.F., Hildebrand, J.A., Hodgkiss, W.S., Duda, T.F., Boyd, J., Howe, B.M., Mercer, J.A. and Spindel, R.C., 1993. Ocean acoustic tomography at 1000‐km range using wavefronts measured with a large‐aperture vertical array. Journal of Geophysical Research: Oceans, 98(C9):16365-16377.
11. - Zheng, H., Gohda, N., Noguchi, H., Ito, T., Yamaoka, H., Tamura, T., Takasugi, Y. and Kaneko, A., 1997. Reciprocal Sound Transmission Experiment for Current Measurement in the Seto Inland Sea , Japan. J Oceanogr. 53:117–127.
12. - Park J, Kaneko A. 2000. Assimilation of coastal aoustic tomography data into a barotropic ocean model. Geophys Res Lett. 27(20):3373–3376.
13. - Yamoaka H, Kaneko A, Park JH, Zheng H, Gohda N, Takano T, et al. 2002. Coastal acoustic tomography system and its field application. IEEE J Ocean Eng. 27(2):283–295.
14. - Adityawarman Y, Kaneko A, Nakano K, Taniguchi N, Komai K, Guo X, et al. 2011. Reciprocal sound transmission measurement of mean current and temperature variations in the central part (Aki-nada) of the Seto Inland Sea, Japan. J Oceanogr. 67(2):173–182.
15. - Zhu X, Zhu Z, Ma Y, Fan X, Long Y. 2015. Measuring tidal and residual currents and volume transport through a wide strait by use of the coastal acoustic tomography system. Cont Shelf Res. 17:2015.
16. - Huang C-F, Taniguchi N, Chen Y-H, Liu J-Y. 2016. Estimating temperature and current using a pair of transceivers in a harbor environment. J Acoust Soc Am. 140(1):137-142.
17. - Zhu Z-N, Zhu X-H, Guo X. 2016. Coastal tomographic mapping of nonlinear tidal currents and residual currents. Cont Shelf Res. 143:219–227.
18. - Zhang C, Kaneko A, Zhu X-H, Howe BM, Gohda N. 2016. Acoustic measurement of the net transport through the Seto Inland Sea. Acoust Sci Technol. 37(1):10–20.
19. - Syamsudin F, Chen M, Kaneko A, Adityawarman Y, Zheng H, Mutsuda H, et al. 2017. Profiling measurement of internal tides in Bali Strait by reciprocal sound transmission. Acoust Sci Technol. 38(5):246–253.
20. - Kawanisi, K., Razaz, M., Watanabe, S., Kaneko, A. and Abe, T., 2014. An innovative methodology/technology for streamflow observation. River Flow 2010, 1741-1748.
21. - Kawanisi K, Razaz M, Kaneko A, Watanabe S. 2010. Long-term measurement of stream flow and salinity in a tidal river by the use of the fluvial acoustic tomography system. J Hydrol. 380(1–2):74–81.
22. - Kawanisi K, Razaz M, Ishikawa K, Yano J, Soltaniasl M. 2012. Continuous measurements of flow rate in a shallow gravel-bed river by a new acoustic system. Water Resour Res. 48(5):1–10.
23. - Soltaniasl M, Kawanisi K, Yano J, Ishikawa K. 2013. Variability in salt flux and water circulation in Ota River Estuary , Japan. Water Sci Eng. 6(3):283–95.
24. - Kawanisi, K., Bahrainimotlagh, M., Sawaf, A., Basel, M. and Razaz, M., 2016. High‐frequency streamflow acquisition and bed level/flow angle estimates in a mountainous river using shallow‐water acoustic tomography. Hydrological Processes, 30(13):2247-2254.
25. - Al Sawaf MB, Kawanisi K, Kagami J, Bahreinimotlagh M, Danial MM. 2017. Scaling characteristics of mountainous river flow fluctuations determined using a shallow-water acoustic tomography system. Phys A Stat Mech its Appl. 484:11–20.
26. - Danial MM, Kawanisi K, Motlagh MB, Basel M, Sawaf A, Wakabayashi T. 2017. Investigation of Flow Velocity and Salinity Behaviour in Ota River Estuary Using Acoustic Tomography Method and Numerical Modeling. J Japan Soc Civ Eng Ser. 73(4):1–6.
27. - Kawanisi K, Kaneko A, Nigo S, Soltaniasl M. 2010. New acoustic system for continuous measurement of river discharge and water temperature. Water Sci Eng. 3(31):47–55.
28. - Kawanisi K, Razaz M, Yano J, Ishikawa K. 2013. Continuous monitoring of a dam flush in a shallow river using two crossing ultrasonic transmission lines. Meas Sci Technol. 24(5):55303.
29. - Bahreinimotlagh M, Kawanisi K, Danial MM, Al Sawaf MB, Kagami J. 2016. Application of shallow-water acoustic tomography to measure flow direction and river discharge. Flow Meas Instrum. 51:30–39.
30. - Wells JC, Aota Y, Auger G, Kaneko A, Goda N. 2016. Application of coastal acoustic tomography to Lake Biwa, Japan. J Acoust Soc Am. 140(4):3183–3183.
31. - Al Sawaf MB, Kawanisi K, Kagami J, BahrainiMotlagh M. 2017. Scaling characteristics of mountainous river flow fluctuations determined using a shallow-water acoustic tomography system. Physica A. 484:11–20.
32. - Kawanisi K, Basel M, Sawaf AL. 2017. A Novel Hydro-Acoustic System For Automatically , Permanently Collecting Real-Time River Flow Data. In: Proceedings of the 37th IAHR World Congress, Kuala Lumpur, Malaysia. 5504–5511.
33. - Li G, Ingram D, Kaneko A, Chen M, Gohda N, Polydorides N. 2017. Vertical underwater acoustic tomography in an experimental basin. J Acoust Soc Am. 141(5):3656–3656.
34. - Li G, Ingram D, Kaneko A, Gohda N, Polydorides N. 2016. The application of coastal acoustic tomography to a large experimental wave/current basin. J Acoust Soc Am. 140(4):3183–3183.
35. - Yamaguchi K, Lin J, Kaneko A, Yayamoto T, Gohda N, Nguyen HQ, et al. 2005. A continuous mapping of tidal current structures in the kanmon strait. J Oceanogr. 61(2):283–294.
36. - Park J-H. 2001. Study on the Analyses of the Coastal Acoustic Tomography Data. Hiroshima University.
37. - Bahreinimotlagh M. 2017. Application of Acoustic Tomography System for Monitoring Streamflow and Suspended Sediment Concentration in a Mountainous River and Tidal Estuary. Hiroshima University.
38. - Basel M, Sawaf AL, Kawanisi K. 2017. A Mountainous River Flow Fluctuation Analysis Using Shallow-Water Acoustic Tomography System. J Japan Soc Civ Eng Ser. 73(4):19–24.
39. - Alem H, Mohammadi Z. 2014. Determining the Water Sources of Lakes: A Case Study of Lakes Haftbarm, Fars Privince, Iran. Int Bull Water Resour Dev. 2(5):206–277. (in Persian with English abstract)
40. - Saadat H, Mohammadi Z. 2016. Hydrogeological characterization of the Asmari limestone aquifer, Anar anticline, Zagros Region, Iran. Carbonates Evaporites. 33:29–41.