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، اردیبهشت 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 Y.A. 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. and Wunsch C. 1995. Ocean Acoustic Tomography. Cambridge University Press, New York.

6- Howe B.M., Worcester P.F. and Spindel R.C. 1987. Ocean acoustic tomography: Mesoscale velocity. Journal of Geophysical Research: Oceans, 92(C4): 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. Journal Oceanogr 53: 117–127.

12- Park J., and 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 J.H., Zheng H., Gohda N., Takano T., Zhu Z.H., and Takasugi Y. 2002. Coastal acoustic tomography system and its field application. IEEE Journal Ocean Eng. 27(2): 283–295.

14- Adityawarman Y., Kaneko A., Nakano K., Taniguchi N., Komai K., Guo X. and Gohda N. 2011. Reciprocal sound transmission measurement of mean current and temperature variations in the central part (Aki-nada) of the Seto Inland Sea, Japan. Journal Oceanogr 67(2): 173–182.

15- Zhu X., Zhu Z., Ma Y., Fan X., and 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., and Liu J.Y. 2016. Estimating temperature and current using a pair of transceivers in a harbor environment. Journal Acoust Soc Am. 140(1): 137-142.

17- Zhu Z.N., Zhu X.H., and 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 B.M., and 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., Hanifa A.D., Zhang C., Auger G., Wells J.C., and Zhu X. 2017. Profiling measurement of internal tides in Bali Strait by reciprocal sound transmission. Acoust Sci Technol. 38(5): 246–253.

20- Bahreinimotlagh M., Kawanisi K., and Zhu X. 2015. Acoustic investigation of tidal bores in Qiantang River. Journal of Japan Society of Civil Engineering, Ser. B1 (Hydraulic Engineering), 71(4): 139-144.

21- Kawanisi K., Razaz M., Kaneko A., and Watanabe S. 2010. Long-term measurement of stream flow and salinity in a tidal river by the use of the fluvial acoustic tomography system. Journal Hydrol. 380(1–2): 74–81.

22- Kawanisi K., Razaz M., Ishikawa K., Yano J., and 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., and 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 M.B., Kawanisi K., Kagami J., Bahreinimotlagh M., and Danial M.M. 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 M.M., Kawanisi K., Bahrainimotlagh M., Basel M., Sawaf A., and Wakabayashi T. 2017. Investigation of Flow Velocity and Salinity Behaviour in Ota River Estuary Using Acoustic Tomography Method and Numerical Modeling. Journal Japan Soc Civ Eng Ser. 73(4): 1–6.

27- Kawanisi K., Kaneko A., Nigo S., and 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., and 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 M.M., Al Sawaf M.B., and Kagami J. 2016. Application of shallow-water acoustic tomography to measure flow direction and river discharge. Flow Meas Instrum. 51: 30–39.

30- Wells J.C., Aota Y., Auger G., Kaneko A., and Goda N. 2016. Application of coastal acoustic tomography to Lake Biwa, Japan. Journal Acoust Soc Am. 140(4): 3183–3183.

31- Al Sawaf M.B., Kawanisi K., Kagami J., and 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., and Sawaf A.L. 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., and Polydorides N. 2017. Vertical underwater acoustic tomography in an experimental basin. Journal Acoust Soc Am. 141(5): 3656–3656.

34- Li G., Ingram D., Kaneko A., Gohda N., and Polydorides N. 2016. The application of coastal acoustic tomography to a large experimental wave/current basin. Journal Acoust Soc Am. 140(4): 3183–3183.

35- Yamaguchi K., Lin J., Kaneko A., Yayamoto T., Gohda N., Nguyen H.Q. and Zheng H. 2005. A continuous mapping of tidal current structures in the kanmon strait. Journal 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 A.L., and Kawanisi K. 2017. A Mountainous River Flow Fluctuation Analysis Using Shallow-Water Acoustic Tomography System. Journal Japan Soc Civ Eng Ser. 73(4): 19–24.

39- Alem H., and 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., and Mohammadi Z. 2016. Hydrogeological characterization of the Asmari limestone aquifer, Anar anticline, Zagros Region, Iran. Carbonates and Evaporites. 33: 29–41.