فصل اول                                                                                                                                                                            2
1-1 اهمیت پروژه………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 هدف…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1-3 کارهای مرتبط انجام‌گرفته………………………………………………………………………………………………………………………. 4

1-4 ساختار کلی پایان‌نامه……………………………………………………………………………………………………………………………… 6
فصل دوم                                                                                                                                                                               7
2-1 اهمیت سوخت‌های زیستی………………………………………………………………………………………………………………………. 7
2-2 بیوگاز………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8
2-2-1 ……… فرایند تولید بیوگاز……………………………………………………………………………….. 8
2-3 اتانول و اهمیت تولید آن………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-4 سوبسترا و خوراک………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-5 اطلاعات آماری از تولید جهانی الیاف……………………………………………………………………………………………………. 11
2-6 اثرات زیست محیطی الیاف نساجی پسماند………………………………………………………………………………………………. 11
2-7 راهکارهای مدیریت الیاف نساجی زائد…………………………………………………………………………………………………… 12
2-7-1 ……… استفاده مجدد…………………………………………………………………………………………… 12
2-7-2 بازیافت………………………………………………………………………………………………………. 12
2-8 طبقه‌بندی الیاف…………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
2-9 الیاف پلی‌استر……………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
2-10 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پلی‌اتیلن ترفتالات……………………………………………………………………………………. 16
2-10-1 ……. هیدرولیز قلیایی پلی‌استر…………………………………………………………………… 17
2-11 پنبه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18
2-11-1 ……. ساختار الیاف پنبه…………………………………………………………………………………… 18
2-11-2 ……. ساختار سلولز………………………………………………………………………………………………… 21
2-11-3 ……. حلال‌های سلولز………………………………………………………………………………………………… 23
2-12 پیش‌فرآوری……………………………………………………………………………………………………………………………………… 24
2-12-1پیش‌فرآوری با کربنات سدیم…………………………………………………………………………….. 24
2-13 هیدرولیز………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 25
2-13-1 ……. هیدرولیز اسیدی…………………………………………………………………………………………… 25
2-13-2 ……. هیدرولیز آنزیمی………………………………………………………………………………………… 26
2-14 تخمیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 26
 
 

فصل سوم: مواد و روش انجام آزمایش‌ها                                                                                                                               28
3-1 مواد مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………………….. 28
3-1-1 پارچه پنبه-پلی‌استر و پنبه خالص……………………………………………………………….. 28
3-1-2 کربنات سدیم………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-3 آنزیمهای مورد استفاده در هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………. 29
3-1-4 مخمر استفاده شده  در تخمیر…………………………………………………………………………………………………………….. 29
3-1-5 کیت گلوکز…………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-6 سایر مواد مورد نیاز…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-2 مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-3 تجهیزات به کار رفته…………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-1 حمام روغن…………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-2 حمام آب……………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-3 اتوکلاو………………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-4 کوره……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-5 آون…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-6 راکتور…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-7 شیکر انکوباتور………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-8 سانتریفوژ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-9 اسپکتروفوتومتر………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-10 دستگاه کروماتوگرافی گازی…………………………………………………………………………………………………………… 31
3-3-11……… دستگاه کروماتوگرافی مایع با بازده بالا                                     31
3-3-12……… سایر تجهیزات مورد نیاز……………………………………………………………………… 32
3-4 روش انجام

 آزمایش‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………. 32

3-4-1 تعیین مقدار جامدات کل و جامدات فرار……………………………………………….. 32
3-4-2 آنالیز ترکیب‌ها……………………………………………………………………………………………………….. 33
3-4-3 ……… عملیات پیش‌فرآوری……………………………………………………………………………………… 33
3-4-4 آزمایش تولید بیوگاز در سیستم ناپیوسته…………………………………………….. 34
3-4-5 اندازه‌گیری و آنالیز بیوگاز تولید شده…………………………………………….. 35
3-4-6 هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………………….. 36
3-4-7 ……… تعیین میزان قند آزاد شده از هیدرولیز آنزیمی                   36
3-4-8 تخمیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-9 ظرفیت جذب آب…………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-10 ……. بررسی ساختار ترکیب‌ها…………………………………………………………………………… 37

فصل چهارم: ارائه و تحلیل نتایج                                                                           .
4-1 مشخصات مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………… 38
4-2 پیش‌فرآوری………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
4-2-1 ……… مقدار جامدات کل و جامدات فرار پنبه و پارچه                      39
4-2-2 ……… بررسی تغییرات سطح پنبه در اثر پیش‌فرآوری با بهره گرفتن از تصاویر میکروسکوپ الکترونی رویشی…………………………………………………………………………………………….. 40
4-2-3 نتایج حاصل از FTIR و بررسی بلورینگی و ساختار سلولز………………………………………………………………………. 42

نه

4-2-4 ……… نتایج میزان جذب آب نمونه ها………………………………………………………… 44
4-3 ترکیب درصد فاز جامد و مایع بدست‌آمده‌از پیش‌فرآوری…………………………………………………………………………. 46
4-3-1 موازنه جرم کلی فرایند……………………………………………………………………………………….. 46
4-3-2 ……… ترکیبات محلول حاصل از پیش‌فرآوری……………………………………………… 46
4-3-3 ترکیبات جامد باقی‌مانده از پیش‌فرآوری……………………………………………….. 46
4-3-4 ……… بررسی ساختار پلی‌استر…………………………………………………………………………… 47
4-4 تولید بیوگاز……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 48
4-4-1 ……… مقادیر متان حاصل از هضم بی‌هوازی……………………………………………… 48
4-4-2 کیفیت بیوگاز تولیدی………………………………………………………………………………………….. 52
4-5 نتایج تولید اتانول…………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
4-5-1 ……… نتایج حاصل از هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………… 53
4-5-2 ……… نتایج حاصل از تخمیر……………………………………………………………………………… 55

فصل پنجم:نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
5-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57
5-2 نتایج کلی حاصل از تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………. 57
5-3 پیشنهاد ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
مراجع…………………………………………. 60
 

 
فهرست شکل‌ها
 
 
عنوان…………………………………………. صفحه
 
شکل ‏1‑1-مراحل انجام این پروژه 4
شکل ‏2‑1-مراحل کلی تولید بیوگاز 9
شکل ‏2‑2-روند کلی مدیریت ضایعات نساجی 13
شکل ‏2‑3- نمودار طبقه بندی الیاف 14
شکل ‏2‑4- ساختمان شیمیایی پلی‌استرهای مورد استفاده در تهیه لیف 16
شکل ‏2‑5-مکانیزم هیدرولیز قلیایی پلی‌استر 17
شکل ‏2‑6- گیاه پنبه 18
شکل ‏2‑7- تصویر سطح مقطع طولی و عرضی الیاف پنبه 19
شکل ‏2‑8- ساختار لیف پنبه 19
شکل ‏2‑9- شمایی از پیوند هیدروژنی و اتصالات (1→4) بتا گلوکوسایدی 21
شکل ‏2‑10-ساختار سلولز 22
شکل ‏2‑11- واحد تکرارشونده تشکیل‌دهنده سلولز 22
شکل ‏3‑1- تصویر پارچه و پنبه مورد استفاده در پیش‌فرآوری قلیایی 28
شکل ‏3‑2- طراحی آزمایش به شکل فاکتوریل کامل برای پیش‌فرآوری قلیایی 34
شکل ‏3‑3-منحنی برازش خطی استاندارد متان و CO2 35
شکل ‏4‑1-تصویر SEM از نمونه  پنبه خام  با بزرگنمایی 500 و 1000 40
شکل ‏4‑2-تصویر SEM از نمونه پنبه پیش‌فرآوری شده 41
شکل ‏4‑3-تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه موجود در پارچه پنبه-پلی‌استر 42
شکل ‏4‑4- تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه باقیمانده از پارچه پنبه-پلی‌استر پیش‌فرآوری شده 41
شکل ‏4‑5- نمودار جذب بر حسب عدد طول موج حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پنبه 42
شکل ‏4‑6- نمودار جذب حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پلی‌استر 47
شکل ‏4‑7-نمودار میله‌ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پارچه 49
شکل ‏4‑8-نمودار میله‌ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پنبه 50
شکل ‏4‑9-نمودار  میله ای تجمعی تولید متان نمونه های پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز 50
شکل ‏4‑10-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پارچه 51
شکل ‏4‑11-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پنبه 51
شکل ‏4‑12- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه‌های پیش‌فرآوری شده پارچه 63
شکل ‏4‑13- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه‌های پنبه 63
شکل ‏4‑14- بازده اتانول حاصل از تخمیر نمونه‌های پارچه و پنبه 56

یازده

 
فهرست جداول
 
عنوان…………………………………………. صفحه
 
جدول ‏2‑1- جدول گروه‌بندی حلال‌های سلولز[52] 23
جدول ‎4‑1-غلظت و درصد جامدات کل و فرار مخلوط میکروبی.. 39
جدول ‎4‑2-درصد جامدات کل و جامدات فرار مربوط به پنبه و پارچه پیش‌فرآوری شده و خام. 39
جدول ‎4‑3- میزان جذب بدست‌آمده از نمودار FTIR مربوط به گروه‌های عاملی مختلف…. 43
جدول ‎4‑4 شاخص بلورینگی نمونه‌های پیش‌فرآوری شده و پیش‌فرآوری نشده -. 44
جدول ‎4‑5- ظرفیت جذب آب مربوط به پنبه پیش‌فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑6- ظرفیت جذب آب مربوط به پارچه پیش‌فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑7- نتایج حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پلی‌استر. 47
جدول ‎4‑8- نسبت‌های جذبی نمونه‌ِ‌‌های  پلی‌استر. 48
جدول ‎4‑9- کیفیت بیوگاز تولیدی از پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز. 52
جدول ‎4‑10- غلظت اتانول تولیدی پس از 24 ساعت تخمیر پارچه و پنبه پیش‌فرآوری شده و نشده. 55

دوازده

1        فصل اول

فصل اول: مقدمه

1-1              اهمیت پروژه

بشر از هزاران سال پیش از میلاد مسیح با اهداف گوناگونی از الیاف نساجی استفاده می‌کند. گرچه تاریخچه مستندی از تکامل صنعت نساجی در دست نیست اما در ابتدا الیاف نساجی برای حمل مواد غذایی و در تهیه حصیر به عنوان سرپناه به‌کار می رفتند. در مراحل بعدی تکامل، الیاف نساجی به عنوان البسه مورد استفاده قرار‌گرفتند و امروزه در زمینه‌های گوناگونی چون پوشاک، وسایل خانه و صنایع کاربرد دارند[1].
به دلیل افزایش جمعیت و ارتقاء سطح استانداردهای زندگی مصرف الیاف[1] در چند دهه اخیر به شدت افزایش یافته است. به طوری که در سال 2012 حجم تولیدات نساجی با 9/1 % افزایش به 5/88 میلیون تن رسید.گرچه ممکن است این الیاف پس از پایان طول عمر به نحوی دوباره در غالب محصولی دیگر مورد استفاده قرار گیرند، اما در نهایت دیر یا زود به عنوان زباله دور ریخته می‌شوند و الیاف جدید جایگزین الیاف فرسوده و کهنه می شوند]2و3[.
تولید بیشتر به معنی مواد پسماند بیشتر، و همچنین اثرات زیست‌محیطی مخرب‌تر است. امروزه مواد پسماند نساجی[2] عمدتا توسط: استفاده مجدد(کالاهای نساجی دست دوم)[3]، استفاده مجدد در تولیدات(به عنوان ماده پرکنندهو استفاده در سایر بخش‌های صنعت نساجی)[4]، بازیافت[5](پلی استر)، تهیه کود کمپوست، دفن و یا سوزاندن [6]مدیریت می‌شوند. برخی از کارشناسان روش سوزاندن را برای تبدیل مواد پسماند به انرژی پیشنهاد می کنند، اما این روش با آزادسازی مواد سمی چون دیوکسین‌ها[7]، فلزات سنگین، اسید، گاز و ذرات گرد و غبار همراه است که همگی برای سلامت انسان و محیط زیست مضر هستند. همچنین سوزاندن مواد پسماند نیاز به تجهیزات پیشرفته دارد و حذف کامل مواد خطرناک نیز غیر ممکن است. دفن مواد پسماند به سبب ایجاد گازهای سمی آلوده کننده محیط زیست و هزینه بالایی که دربر دارد، آخرین و ناکارآمدترین راهکار جهت دفع مواد پسماند نساجی است[2]. بیش از 90%  الیاف نساجی قابل بازیافت اند که یکی از راهکارهای دوستدار محیط زیست جهت دفع مواد پسماند نساجی است. اما فقدان روش مقرون به صرفه بازیافت در مقیاس وسیع و همچنین تنوع زیاد الیاف و رنگ های به کار رفته در پارچه از جمله محدودیت های این روش محسوب می شوند[3].
به دلیل نگرانی های اقتصادی و زیست محیطی در چند دهه اخیر تحقیقات بسیاری جهت یافتن منابع انرژی تجدید پذیر قابل جایگزینی با سوخت های فسیلی صورت گرفته است. بیوگاز یکی از سوخت های زیستی است که از طریق هضم بی‌هوازی[8] بسترهای آلی بدست می‌آید و می‌تواند در تولید حرارت و نیرو جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد یا حتی به عنوان سوخت وسایط نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار گیرد. این سوخت بیولوژیک مزایای فراوانی از جمله قابلیت تجدیدپذیری، کاهش آزادسازی گازهای گلخانه‌ای[9] و تخفیف گرم شدن زمین در اثراین گازها، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، انعطاف‌پذیری در مصرف نهایی و استفاده از مواد پسماند به عنوان ماده اولیه به‌همراه دارد[4].
حدود 6/31 % از الیاف تولیدی نساجی را الیاف پنبه ای[10] تشکیل می دهند. الیاف جامدهای غنی از سلولز هستند که می توانند به عنوان خوراک در فرایند هضم بی‌هوازی مورد استفاده قرار گیرند. با این وجود، تولید مناسب بیوگاز از مواد پسماند نساجی نیازمند توسعه فرایند مناسب می‌باشد[5].
اگر مواد پسماند پنبه‌ای به طور مستقیم در فرایند بیوگاز به عنوان خوراک استفاده شود به بازده تولید متان مطلوبی بدست نمی‌آید. بنابراین جهت افزایش بازده لازم است که فرایند‌های مقدماتی پیش‌فرآوری[11] روی مواد پسماند صورت گیرد[6].
به کمک انجام عملیات پیش‌فرآوری مناسب بر روی مواد پسماند نساجی می‌توان به اهدافی چون تشکیل ساختاری سلولزی با بلورینگی کمتر، کاهش ناخالصی‌های موجود در کالا و همچنین افزایش سطح در دسترس سوبسترا دست یافت[7].

1-2               هدف

در این تحقیق پیش‌فرآوری کربنات سدیم جهت بهبود تولید بیوگاز از پارچه پنبه-پلی‌استر به عنوان هدف اصلی مورد نظر قرارگرفت و شرایط بهینه تولید بیوگاز حاصل گردید. نمونه پنبه‌ای جهت مقایسه تحت شرایط دمایی و غلظتی مشابه پارچه پنبه-پلی‌استر پیش‌فراوری شد. بررسی میزان بهبود تولید اتانول و افزایش سطح در دسترس آنزیمی نمونه‌های پنبه و پارچه در اثر اعمال پیش‌فرآوری از اهداف فرعی پروژه بود. بررسی میزان جداسازی جزء پنبه از پلی‌استر در عملیات پیش‌فرآوری در دمای 150درجه سانتی‌گراد و غلظت 5/0 مولار نیز از اهداف فرعی پروژه بود. نوآوری این پروژه اثر محلول قلیایی بر کاهش بلورینگی و ناخالصی جزء پنبه‌ای و همچنین هیدرولیز همزمان بیش از 97 درصد بخش پلی‌استری در دمای 150 درجه است. مراحل انجام کار در شکل ‏1‑1 ملاحظه می‌شود.

پنبه

پارچه

پیش‌فرآوری

تولید بیوگاز

هیدرولیز آنزیمی

تولید اتانول

پنبه فرآوری شده (ویسکوز)

)FTIR ,NREL SEM,Swelling (

آنالیز مواد توسط

شکل ‏1‑1-مراحل انجام این پروژه

1-3              کارهای مرتبط انجام‌گرفته

باتوجه به اهمیت افزایش زباله‌های نساجی در سال‌های اخیر، فعالیت‌های مقدماتی در این راستا انجام شده است. جیحانی‌پور و همكارانش[6]، از پیش‌فرآوری با حلال نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید[12] برای بهبود تولید بیوگاز از پارچه‌های زائد استفاده کردند. تاثیر پیش‌فرآوری با این حلال در 3 غلظت متفاوت شامل انحلال کامل (غلظت 85 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید)، بالونی شدن[13](غلظت 79 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید) و تورم[14](غلظت 73 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید) مورد مطالعه قرار گرفت. در نهایت شرایط بهینه در غلظت 85 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید و دمای 120 درجه سانتی‌گراد ،تحت فشار اتمسفریک و به مدت 5/2 ساعت حاصل شدکه تحت این شرایط بهینه بازده متان نمونه پنبه از 02/0 % نمونه پیش‌فرآوری نشده به 30 % رسید.
جیحانی‌پور و همكارانش[8]، اثر فرایند دو مرحله‌ای  استفاده از راکتور CSTR[15]  به همراه راکتور با بستر پوشانده شده از لجن بی‌هوازی(UASB) [16]را در تولید بیوگاز از الیاف نساجی زائد تحت شرایط بسته و نیمه مداوم مورد بررسی قرار دادند. استفاده از فرایند دو مرحله‌ای تولید متان را تا 80% بازده تئوری افزایش داد و فاز تاخیر[17]را از 15 روز به 4 روز کاهش داد.
جیحانی‌پور و همكارانش[9]، تولید اتانول از پنبه و پارچه‌ی جین[18] استفاده‌شده را مورد بررسی قرار دادند. در پارچه پیش‌فرآوری نشده پس از 24 ساعت هیدرولیز و یک روز تخمیر[19] بازده 25-26 %  برابر  بازده تئوری بود. پیش‌فرآوری با اسید فسفریک[20] غلیظ تولید اتانول را تا 66% بازده تئوری افزایش داد. هیدرولیز قلیایی با سود 0-20 % در دماهای صفر،23 و100 درجه سانتی گراد انجام گرفت. در نهایت تحت شرایط بهینه (NaOH 12%،  صفر درجه سانتیگراد و زمان 3 ساعت) پس از 24 ساعت هیدرولیز آنزیمی به 1/85 % بازده تئوری و پس از 4 روز هیدرولیز به 1/99% بازده تئوری دست یافتند.
غلامزاد و همکاران[10]، به منظور افزایش بازده تولید اتانول پیش‌فرآوری با حلال‌های قلیایی، پیش‌فرآوری با فسفریک اسید 85 % و پیش‌فرآوری با نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصله نشان داد که، بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه های پیش ‌فرآوری شده با حلال‌های قلیایی بیش از 80 % و با حلال‌های فسفریک اسید و نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید به ترتیب بیش از 99 و 94 % بود.در حالی که پارچه پیش‌فرآوری نشده این مقدار برابر 3/46 % بود.
شین و همکاران[11]، جهت افزایش میزان تولید قند آنزیمی و جداسازی پلی‌استر از الیاف نساجی زائد پنبه‌ای، از پیش‌فرآوری با حلال فسفریک اسید استفاده كردند. بررسی تاثیر شرایط پیش‌فرآوری چون غلظت فسفریک اسید، دما، زمان و نسبت سوبسترا به فسفریک اسید نشان داد که بازیافت کامل پلی استر با افزایش غلظت، دما، زمان و با کاهش نسبت جامد به حلال افزایش می‌یابد. میزان تولید قند و بازیافت 100% پلی‌استر در شرایط بهینه (غلظت فسفریک اسید 85%، دمای  50، به مدت 7 ساعت و نسبت 1 به 15 )بدست آمد.
مواد لیگنوسلولزی زائد ناشی از صنایع کشاورزی ( کاه گندم، تفاله ی نیشکر، علوفه ی ذرت )، جنگلداری ( چوب های سخت و نرم ) و شهرنشینی منابع ارزان‌قیمت، دردسترس و منابع تجدید پذیر انرژی هستند که می‌توانند در تهیه محصولات بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرند. این مواد عمدتاً از سلولز، لیگنین و همی سلولز تشکیل شده اند. سلولز و همی­سلولز دارای ساختار کربوهیدراتی می­باشند و می­توانند به راحتی به محصولات بیولوژیکی تبدیل شوند. اما لیگنین یک پلیمر آروماتیکی با ساختار پیچیده می­باشد که بصورت یک غشا اطراف ناحیه­ی کربوهیدراتی را احاطه کرده و مانع دسترسی به ناحیه­ی کربوهیدراتی است. لذا عموما یک مرحله ابتدایی پیش‌فرآوری پیش از استفاده از این مواد در مرحله تبدیل بیولوژیکی جهت حذف لیگنین و کاهش کریستالینیتی سلولز مورد نیاز است. پیش‌فرآوری مورد استفاده در این پژوهش تاکنون برای مواد سلولزی استفاده نشده‌است لذا در ادامه به معدود کارهای انجام شده در این زمینه روی مواد لیگنوسلولزی اشاره داریم[12] .
یانگ و همکاران[13]، از فرآوری کاه برنج [21]با کربنات سدیم و سولفات سدیم جهت بهبود بازده تولید اتانول استفاده کردند. نتایج تاثیر مثبت هردو نمک معدنی کربنات سدیم و سولفات سدیم را در زیست تخریب‌پذیری کاه برنج تایید کرد. آنها بازده تولید قند را هنگام استفاده از کربنات سدیم با نسبت وزنی 1 به صفر (نسبت به سولفات سدیم) در دمای 140 درجه سانتیگراد با نسبت وزنی سوبسترا به محلول 12 درصد و با بهره گرفتن از مقدار 20 FPU به‌ازای هر گرم سلولز، به ترتیب برای قند کل، گلوکان[22] و زایلان[23]، 1/67، 4/74 و 7/53 درصد و همچنین درصد تبدیل پلی‌ساکاریدها را 9/88 درصد گزارش کردند.
صالحی و همکاران[14]، از فرآوری کاه برنج با کربنات سدیم در فشار بالا جهت بهبود بازده تولید اتانول استفاده کردند. در نهایت شرایط بهینه فرآوری در غلظت 5/0 مولار کربنات سدیم و دمای 180 درجه سانتی گراد به مدت 120 دقیقه حاصل شد. تولید اتانول با بهره گرفتن از فرآوری مذکور از 2/90 گرم بر لیتر به 4/351 گرم بر لیتر رسید.
خالقیان[15]، از فرآوری با کربنات سدیم جهت جداسازی سیلیس از کاه برنج به منظور بهبود تولید اتانول از آن استفاده کرد. نتایج نشان داد که با افزایش دما بازده تولید اتانول افزایش داشت. شرایط بهینه در غلظت 5/0 مولار کربنات سدیم و دمای 100 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ساعت حاصل شد.تحت شرایط بهینه عمل پیش‌فرآوری بازده تولید اتانول را از 8/39 % تا 2/83 % افزایش نشان‌داد.
[1] Fiber
[2] Waste textiles
[3] Reuse (second hand clothing)
[4] Remanufacture (filling materials and other uses of textile pieces)
[5] Recycling
[6] Landfilling and incineration
[7] Dioxins
[8] Anaerobic digestion
[9] Greenhouse gases
[10] Cotton fiber
[11] Pretreatment

هفت

 

فهرست مطالب

 

  نه

 

فهرست جدول­ها

 

  یازده

 

فهرست شکل­ها

 

  1

 

چکیده……………………………………………………………………………………………

 

  ۲

 

مروری بر منابع…………………………………………………………….

 

فصل اول ۳

 

مقدمه…………………………………………………………………………………………………..

 

۵

 

معرفی سیستم پیشرانش…………………………………………………….

 

۱-۱- ۶

 

انواع تک­پیشرانه………………………………………………………………

 

۲-۱- ۸

 

مکانیسم تجزیه تک­پیشرانه هیدرازین……………….

 

 ۱-۲-۱ – ۹

 

مقدمات عمومی کاتالیست­ها………………………………………………………

 

۳-۱- ۱۰

 

خواص کاتالیست­ها………………………………………………………………..

 

۴-۱- ۱۰

 

ساخت کاتالیزورهای صنعتی……………………………………………………

 

۵-۱- ۱۱

 

فاکتورهای انتخاب پایه کاتالیزور…………………………………………………………………….

 

۶-۱- ۱۶

 

دسته­بندی سیستم­های کاتالیزوری…………………………………………………………………….

 

۷-۱- ۱۶

 

طبیعت کاتالیست­های ناهمگن………………………………………………………………………

 

۱-۷-۱- ۱۹

 

پارامترهای طراحی بستر کاتالیست………………………………………………………………..

 

۸-۱- ۲۰

 

فعالیت کاتالیست تجزیه هیدرازین…………………………………………………………….

 

۹-۱- ۲۲

 

شناسایی روش­های ساخت کاتالیستIr/γ-Al2O3 ………………………………………..

 

۱۰-۱- ۳۰

 

تحلیل روش­ها……………………………………………………………………………

 

۱۱-۱- ۳۳

 

مناسب­ترین روش ساخت کاتالیستIr/γ-Al2O3……………………………………………..

 

۱۲-۱- ۳۷

 

کاتالیست­های دو فلزی……………………………….  …………………………….

 

۱۳-۱- ۳۸

 

ساخت کاتالیست­های نیکل بر پایه آلومینا…………………………………………………………..

 

۱-۱۳-۱- ۳۹

 

سیستم تست کاتالیست……………………………………………………………………..

 

۱۴-۱- ۴۲

 

روش تحقیق………………………………………………………………………….

 

فصل دوم ۴۳

 

مواد مورد استفاده………………………………………………………………………

 

۱-۲- ۴۷

 

تجهیزات مورد استفاده……………………………………………

 

۲-۲- ۵۱

 

آنالیزهای انجام شده………………………………………………………………..

 

۳-۲- ۵۵

 

 

 

روش انجام آزمایشات………………………………………………………..

 

۴-۲- ۵۶

 

ساخت کاتالیست…………………………………………………………………………….

 

۱-۴-۲- ۵۸

 

روش تست کاتالیست………………………………………

 

۲-۴-۲- ۵۹

 

نتایج و بحث………………………………………………………….

 

فصل سوم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

۶۰	تعیین درصد ایریدیوم……………………………. …………………………………………………………………………………………….	۱-۳-
۶۲	تعیین PH………………………………………………………………………………………………………………………………………………	۲-۳-
۶۲	ساخت کاتالیست……………………………………………………………………………………………………………………………………	۳-۳-
۶۶	بررسی پارامترهای موثر برساخت کاتالیست…………………………………………………………………………………………	۴-۳-
۶۶	نتایج حاصل از آنالیز XRD…………………………………………………………………………………………………………………..	۵-۳-
۷۴	اندازه کریستال­ها در آنالیز XRD………………………………………………………………………………………………………….	۶-۳-
۷۹	نتایج حاصل از آنالیزBET……………………………………………………………………………………………………………………..	۷-۳-
۷۹	نتایج حاصل از آنالیزSEM…………………………………………………………………………………………………………………….	۸-۳-
۸۲	نتایج حاصل از آنالیزEDS……………………………………………………………………………………………………………………..	۹-۳-
۸۳	نتایج حاصل از آنالیزTPR……………………………………………………………………………………………………………………..	۱۰-۳-
۸۴	نتایج حاصل از آنالیزTEM…………………………………………………………………………………………………………………….	۱۱-۳-
۸۵	نتایج حاصل از انجام تست­های راکتوری………………………………………………………………………………………………	۱۲-۳-
۸۵	شرایط عملیاتی هنگام تست راکتوری…………………………………………………………………………………………………..	۱-۱۲-۳-
۸۶	نتایج حاصل از انجام تست راکتوری و آنالیزUV…………………………………………………………………………………..	۲-۱۲-۳-
۹۶	نتیجه ­گیری و پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………
۹۶	نتیجه ­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
۹۷	پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………………………………..
۹۹		منابع
۱۰۲		پیوست­ها
۱۰۳	پیشرفت کاتالیستی تجزیه خودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف……………………………………………..	پیوستالف
۱۰۶	پیشرفت کاتالیستی تجزیه غیرخودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف……………………………………….	پیوست ب
۱۰۷	نکات ایمنی مربوط به نمک هگزا کلرو ایریدیک اسید………………………………………………………………………….	پیوست ج
۱۰۸	نکات ایمنی مربوط به هیدرازین……………………………………………………………………………………………………………	پیوست د
۱۰۸	نمودار کالیبراسیون………………………………………………………………………………………………………………………………..	پیوست ه
۱۱۰	آنالیز BET ……………………………………………………………………………………………………………………………………………	پیوست و

چکیده
در این تحقیق نانو کاتالیست­های­ Ir/γ-Al2O3 و Ir-Ni/γ-Al2O3 سنتز شدند و در تجزیه­ی هیدرازین مورد بررسی قرار گرفتند. روش­های مختلف سنتز مورد بررسی قرار گرفت و روش تلقیح به دلیل هزینه و تعداد مراحل کم­تر و قطر ذرات تولیدی مناسب به نسبت سایر روش­های مورد بررسی، انتخاب شد. کاتالیست­های ایریدیوم بر پایه­ آلومینا با بهره گرفتن از حل کردن اسید هگزاکلروایریدیک به  عنوان پیش­ماده­ی فاز فلزی فعال در آب دیونیزه و اسید کلریدریک آماده شد. قبل از اولین تلقیح، پایه در آون در دمای oC۱۲۰ به مدت ۱۶ ساعت خشک شد. بعد از هر تلقیح، نیز دانه­ها در آونی با دمای oC۱۲۰ قرار گرفتند. سپس در کوره با دمایی oC۳۸۰ و ۵۰۰ کلسینه شدند. بر روی کاتالیست­های سنتز شده، آنالیزهای SEM، TEM، XRD و TPR انجام گرفت. تست­های راکتوری برای واکنش تجزیه هیدرازین در دو دمای عملیاتی oC۱۰۰ و ۴۰ با میزان حدود ۰/۲ گرم کاتالیست انجام شد. نتایج نشان داد که کاتالیست ۲۰ درصد وزنی ایریدیوم بر پایه­ آلومینا بالاترین راندمان در تجزیه آمونیاک را دارد. لازم به ذکر است که این تفاوت در راندمان واکنش تجزیه آمونیاک، با دو کاتالیست ۱۰ و ۳۰ درصد وزنی ایریدیوم بر پایه آلومینا مقداری ناچیز است.
مقدمه
کاتالیست­ها که برخی صنایع دنیا بر پایه­ آن­ها استوارند، تولید بسیاری از محصولات را در طی فرایندهای شیمیایی تسهیل می­ کنند. کاتالیست­ها به علت خواص سطحی ویژه و با تعویض مسیر واکنش شیمیایی بر روی سرعت واکنش تاثیر می گذارند. با ورود فناوری نانو به صنعت تولید کاتالیست­ها، نانو کاتالیست­ها نمود بیش تری پیدا کردند. این کاتالیست­ها در اکثر موارد، خواص چشمگیری از خود نشان داده اند و پاره­ای از آن­ها به فرایندهای صنعتی راه یافته­اند.
برخی از کاتالیست­های مورد استفاده شامل کریستال­های فلزی قرار گرفته روی پایه­ای با مساحت سطح بالا می­باشند. این کاتالیست­ها توسط تلقیح[1]پایه با محلولی از ترکیبات فلزی می­توانند تولید شوند. در طول تلقیح و خشک کردن متوالی، نمونه­های فلزی روی پایه قرار می­گیرند]۱[. (البته باید توجه داشت که روش­های متفاوتی برای ساخت کاتالیست وجود دارد که یکی از این روش­ها، تلقیح می­باشد).
استفاده از کاتالیست­ها در زمینه­ پیشرانش قبل از جنگ جهانی دوم در آلمان با تجزیه­ی کاتالیستی  H2O2  (۸۰% وزنی) از طریق تزریق نمک­های پرمنگنات آغاز شد( مثلا: واحدهای کمک برخاست برای هواپیمای He – 176، V1 catapult، (V2 turbopump. همچنین هیدروژن پراکساید به همراه نفت دیزل[3] برای اژدر و پیشران زیردریایی به کار گرفته شد. بعد از جنگ جهانی دوم، در برنامه­ی راکت UK Black  Knight ، نفت سفید[4] با H2O2  و بستر کاتالیستی تورسیمی نقره­ای به کار گرفته شد (پیشرانه­ی دو جزئی). شروع برنامه ­های فضایی به جایگزینی H2O2 با هیدرازین پایدارتر که می تواند به تنهایی به عنوان تک­پیشرانه[6] استفاده شود، منجر شد؛  به منظور کنترل موقعیت (مدار) و طرز قرارگیری ماهواره­های پرتاب شده ازموتورهای خیلی ساده کوچک استفاده گردید. این موتورها تراستر نامیده شدند. امروزه نیز برای تأمین انرژی مورد نیاز تراست از تجزیه کاتالیستی تک­پیشرانه­هایی مانند هیدرازین استفاده می­ شود[۲].
استفاده از تک­پیشرانه هیدرازین در سیستم­های پیشرانه­ی ماهواره­ها، افق­های فکری جدیدی را در دانش بشری باز کرده است، که مستقیما مسایلی همچون اکتشاف منابع طبیعی در فضای میان سیاره­ای و روی زمین، پیش بینی آب و هوا، ارتباطات تلویزیونی و رادیویی و ناوبری دریانوردی را تحت تاثیر قرار می­دهد[۳]. اهمیت این مساله سبب شد که مطالعه­ ای پیرامون این موضوع تحت عنوان معرفی روش های ساخت، آنالیز، تعیین مشخصه و به کارگیری نانو کاتالیست Ir/ – Al2O3  برای تجزیه­ی هیدرازین، صورت گیرد. نتایج حاصل از  مطالعات و تحقیقاتی که در این زمینه شده است در فصل اول آورده شده است. علاوه بر آن در فصل اول مقدمات عمومی کاتالیست­ها مانند خواص و ترکیبات لازم برای ساخت آن­ها، پارامترهای انتخاب پایه­، مزایای استفاده از کاتالیست­های پایه­دار، تهیه­ کاتالیزورهای فلزی روی پایه، خصوصیات گاما-آلومینا، دسته­بندی سیستم­های کاتالیزوری، روش­های تهیه­ کاتالیزورهای ناهمگن، پارامترهای موثر بر روش ساخت کاتالیست مزبور، مقدمه­ای کلی بر انواع تراسترها و مکانیزم تراستر گرم، معرفی تک­پیشرانه­های به کار رفته در این زمینه، مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم لیست مواد و تجهیزات آزمایشگاهی، روش انجام آزمایشات مربوطه، سیستم تست کاتالیست و روش آنالیز محصولات خروجی از راکتور بیان شده است. در فصل سوم نتایج و تحلیل آن­ها آورده شده است. در فصل چهارم نتیجه گیری کلی و پیشنهاداتی برای تحقیقات بعدی بیان گردیده است.     
۱-۱-معرفی سیستم­های پیشرانش
پس از پرتاب ماهواره و قرار دادن آن در یک مدار معین، سیستم ویژه­ای برای تصحیح و کنترل مدار مربوطه احتیاج می­باشد. برای این منظور از سه نوع سیستم پیشرانش استفاده می­ شود: سیستم­های گاز سرد، داغ و گرم. سیستم­های گاز سرد از یک گاز خنثی استفاده می­ کنند. این سیستم­ها ساده­ترین نوع سیستم پیشرانش هستند و شامل یک موتور می­باشند و بنا بر کاربردشان ممکن است به صورت چندگانه نیز ساخته شوند. در سیستم پیشرانش گاز سرد، ضخامت و به تبع آن وزن بالای مخزن ذخیره، استفاده از آن را محدود کرده است. به علاوه به دلیل اینکه فشار تانک ذخیره عموما کاهشی است( مثل خروج گاز از یک بالن) در نتیجه به مرور زمان بازدهی آن کاهش می­یابد. این سیستم­ برای کنترل مدار ماهواره­ها استفاده می­ شود. امروزه از این سیستم­ها وقتی به ایمپالس و یا سطح تراست پایین احتیاج است و جایی که به کارگیری پیشرانه­های شیمیایی دیگر به دلیل مسائل ایمنی دارای مشکلات خاصی است، استفاده می­ شود. سیستم­های پیشرانش گاز داغ، از اندازه بزرگتری نسبت به دیگر سیستم­های کنترل مدار برخوردار هستند و برای ماهواره­های بزرگ استفاده می­شوند. در واقع سیستم­های پیشرانش گاز داغ، دو پیشرانه­ای اند. بدلیل ایمپالس تولیدی بالاتر نسبت به سیستم پیشرانش گاز گرم، عموما وقتی به نیروی تراست بالاتر احتیاج باشد از آن­ها استفاده می­ شود. سیستم­های پیشرانش گاز گرم به سیستم­های تک پیشرانه معروف هستند. دو نوع سیستم پیشرانش گاز گرم، کاتالیستی

عنوان                   صفحه

 

1-1-  طرح مسئله. 2

1-2-  ضرورت انجام تحقیق.. 4

1-3-  سوالات تحقیق.. 6

1-4-  فرضیه ها 6

1-5-  اهداف تحقیق.. 6

1-6-  معرفی ساختار پایان نامه. 7

 

2-1-  مقدمه. 9

2-2-  منطقه مورد مطالعه. 9

2-2-1-    موقعیت جغرافیایی شهر کرمان.. 9

2-2-2-    گسل­ها 11

2-2-3-    سابقه لرزه خیزی.. 12

2-2-4-    نتیجه گیری: 13

2-3-                                                      مروری بر پیشینه تحقیقاتی  14

. 14

2-3-2-    مکان­ یابی و تخصیص با بهره گرفتن از هوش مصنوعی.. 18

 

3-1-  مقدمه. 25

3-2-  مدیریت بحران.. 25

3-2-1-    اهمیت و ضرورت مدیریت بحران.. 26

3-2-2-    چرخه مدیریت بحران و فازهای آن.. 26

3-2-3-    جایگاه اسکان موقت در مدیریت بحران.. 28

3-2-4-    برنامه ریزی اسکان موقت در مدیریت بحران.. 28

3-2-5-    مراحل کلی فرایند بهینه­سازی اسکان موقت… 29

3-3-  مفاهیم تخصیص و مکان­ یابی  30

3-3-1-    مکانیابی در GIS. 30

3-3-2-    مسئله مکان­ یابی و تخصیص…. 31

3-4-  روش­های حل مسئله مکان­ یابی و تخصیص…. 35

3-5-  بهینه یابی.. 37

3-5-1-    الگوریتمهای فراابتکاری   38

3-6-  هوش مصنوعی.. 39

3-6-1-    شاخه های هوش مصنوعی   39

3-6-2-    سیستم اطلاعات جغرافیایی و ارتباط آن با هوش مصنوعی.. 40

3-6-3-    نقش هوش مصنوعی در مدیریت بحران زلزله. 41

3-6-4-    هوش جمعی   41

3-7-  الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه  42

3-7-1-    منشاء زیست شناسانه الگوریتم کلونی مورچه­ها 42

3-7-2-    ساختار مسائل قابل مدلسازی برای حل با مجموعه الگوریتم­های مورچه. 45

3-7-3-    شبیه­سازی رفتار مورچهها در ACO.. 46

3-7-4-    ساختار عمومی الگوریتم های ACO.. 48

3-7-5-    حل مسئله TSP با بهره گرفتن از الگوریتمACO.. 49

3-7-6-    ترکیبات مختلف  و … 53

3-7-7-    مجموعه الگوریتم های ACO.. 54

 

4-1-  مقدمه. 57

4-2-  داده ­های مورد نیاز. 58

4-2-1-    معیارهای ناسازگاری.. 58

4-2-2-    معیارهای سازگاری.. 61

4-2-3-    بلوکهای جمعیتی(نقاط تقاضا) 64

4-2-4-    مکانهای امن(نقاط عرضه) 65

4-3-  محاسبه تناسب مکانی.. 66

4-4-  اجرای گام­های مکان­ یابی و تخصیص در تحقیق حاضر. 69

4-4-1-    گام اول:  انتخاب مکان­های امن.. 69

 

 

4-4-2-    گام دوم: انتخاب مسیر انتقال بلوک­های جمعیتی به مکان­های امن.. 74

4-4-3-    گام سوم: تخصیص جمعیت… 75

4-4-4-    بروزرسانی فرومون.. 81

4-5-  جمع­بندی.. 83

86

5-1-  مقدمه. 86

5-2-  ارزیابی عملکرد الگوریتم ACO با در نظر گرفتن مقادیر مختلف  و : 86

5-2-1-    بررسی تغییرات پارامتر : 87

5-2-2-    بررسی تغییرات پارامتر : 90

5-3-  بررسی تغییرات  ضریب تبخیر بروی تابع هدف.. 92

5-4-  بررسی نمودار همگرایی نهایی مدل.. 92

5-5-  ارزیابی پایداری نتایج.. 94

5-6-  بررسی نتایج تخصیص بلوک­های جمعیتی به مکان­های انتخاب شده. 94

5-7-  بررسی تاثیر محدودیت تعداد مکان حداکثر در نتایج تابع هدف.. 100

 

6-1-  مقدمه: 104

6-2-  جمع­بندی: 104

6-3-  آزمون فرضیات.. 105

6-3-1-    فرض اول.. 105

6-3-2-    فرض دوم: 106

6-3-3-    فرض سوم: 106

6-4-  پیشنهادات: 107

:               110

چکیده

ازجمله مسائل مهم در مدیریت بحران حوادث غیرمترقبه طبیعی به ویژه زلزله، مکان یابی بهینه به منظور اسکان شهروندان در هنگام و یا پس از بروز حادثه می‌باشد. یكی از مشكلات بزرگ سازمان‌های درگیر در مدیریت بحران شهری، فقدان یک مدل مكانی جامع به منظور اعمال مدیریت واحد در انتقال ساكنین شهر به مکان‌های اسكان موقت از پیش تعیین شده پس از وقوع حادثه می‌باشد. بهینه­سازی فرایند اسکان موقت در سه فاز تعیین مکان­های بهینه امن، تعیین مسیرهای بهینه و تخصیص جمعیت به اماکن امن صورت می گیرد. هدف از انجام این تحقیق پیاده سازی و بررسی نتایج الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه (ACO ) در مکان­ یابی پناهگاه اسکان موقت با تعیین مسیرهای بهینه و تخصیص جمعیت به مکان­های امن در شهر کرمان بعنوان منطقه مورد مطالعه می­باشد.

    با ایجاد تغییرات لازم در اجرای الگوریتم ACO در حل مسئله فروشنده دوره­گرد، مراحل مربوط به مکانیابی و تخصیص در قالب یک مدل مکانی طراحی شده است. این مدل بر اساس یک تابع هدف به منظور کمینه کردن هزینه انتقال جمعیت بلوک های ساختمانی و سه محدودیت میانگین سرریز/کمریز، حداکثر تعداد مکان­های انتخاب شده و میانگین تناسب مکانی، به گونه­ ای طراحی شده است که قیود مسئله  تضمین کننده کیفیت جواب­های مدل می­باشد. برای تصمیم گیری در مورد بهینه بودن راه حل ها در ACO از روش ارزیابی چند معیاره استفاده شد.

      به منظور بهبود نتایج، حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامترهای فرومون و تابع ابتکاری الگوریتم ACO مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر مناسب و بهینه آنها تعیین شد. با در نظر گرفتن قیود تعیین شده و همچنین نمودار همگرایی تابع هدف، بهترین عملکرد در کاهش نهایی تابع هدف توسط مدل مشخص شد و علاوه بر آن، نتایج حاصل از تست تکرارپذیری نشان دهنده پایداری و ثبات جواب­های الگوریتم مورد بررسی می­باشد. نتایج تخصیص جمعیت به مکان­های امن، وابستگی انکارناپذیری به نحوه توزیع اماکن امن و ظرفیت آنها و همچنین پراکندگی و جمعیت بلوک­های ساختمانی دارد. میانگین فاصله طی شده تا نزدیکترین مکان امن در مدل نهایی تخصیص برابر با 1200 متر می باشد اما به دلیل عدم توزیع مناسب این مکان­ها با توجه به توزیع جمعیت در سطح شهر، بیش از 40 درصد جمعیت فاصله ایی بیش از 1500 متر را تا نزدیکترین مکان امن انتخاب شده باید طی کنند. در نتیجه جستجو و تاسیس مراکز امن جدید برای کاهش این فاصله ضرورت دارد. نتایج نشان می­ دهند که استفاده از الگوریتم ACO، قابلیت­های زیادی برای ترکیب با سیستم­های اطلاعات جغرافیایی برای حل مسئله مکان­ یابی و تخصیص که نیازمند محیط شبیه­سازی پویا (تغییر ترکیب مکانهای امن – تغییر ظرفیت) می­باشند، دارا می با­شد.

کلمات کلیدی: مدیریت بحران، اسکان موقت، مکانیابی و تخصیص، الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه(ACO)، مسافت طی شده، مکان امن، شهر کرمان

 

1-       فصل اول: کلیات تحقیق

1-1-    طرح مسئله

 علیرغم پیشرفت‌های شگرف در تكنولوژی و دست‌یابی به ناممکن‌های قرون گذشته، هنوز انسان در برابر حوادث غیر مترقبه طبیعی چون زلزله، سیل و درمانده است و گاه و بی گاه در معرض تلفات و خسارت‌های مالی بسیاری قرار می‌گیرد .در دهه‌ای كه گذشت بیش از 200  میلیون نفر در سال به علت بروز بلایای طبیعی دچار صدمات جانی و مالی شده‌اند .در این میان ساخت و سازهای غیر اصولی و بی توجهی به قدرت خطر زایی یک منطقه، رعایت نكردن فاصله كاربری­های حساس و مناطق مسكونی از حریم گسل‌ها و رودخانه­ها و ، موجبات تشدید فجایع را فراهم می‌آورند (اسدی نظری , 1383). زلزله از جمله پدیده‌های طبیعی است که در اکثر مناطق جهان از جمله ایران به وقوع می‌پیوندد. در طی سال‌های 1900 تا 1990 میلادی، 1100 زلزله مرگبار در 75 کشور جهان رخ داده و بیش از 80 درصد مرگ و میرهای حاصله در شش کشور جهان اتفاق افتاده است. ایران با 120 هزار نفر تلفات انسانی در زمره این کشورهاست. همچنین در سال‌های 1361 تا 1370 کشور ایران بیشترین تعداد زلزله را تجربه کرده است. (عبدالهی، 1381)

کشور ما ایران در پهنه لرزه خیزی از دنیا واقع شده است. بیشتر نقاط شهری و غیرشهری كشور در نواحی با خطر نسبی زمین لرزه زیاد قرار گرفته است. اهمیت زلزله در ایران، با شدت یافتن روند توسعه کشور، گسترش شهر­ها، تمرکز جمعیت امروزه بیشتر درک می­ شود. با توجه به رویارویی مداوم كشور با پدیده زلزله، ضروری است همواره تلاش‌هایی جهت دست یابی عملی به روش‌ها و راه كارهای منسجم جهت مقابله منطقی و به حداقل رساندن ابعاد فاجعه آمیز چنین رخدادی صورت گیرد (اسدی نظری، 1383). اداره هماهنگی امداد سوانح سازمان ملل متحد اعلام می کند كه می‌توان با اطمینان اظهار داشت، در طول دهه‌ های گذشته، ارائه کمک‌های اضطراری در ارتباط با پزشكی، تغذیه و پس از سانحه پیشرفت چشمگیری داشته است، اما یک بخش مهم هم چنان بهبود ناچیزی داشته و آن سرپناه اضطراری یا به طور عام، سرپناه پس از سانحه است.( Fallahi, 2007)

طی یکصد سال گذشته، سیزده زلزله به بزرگی بیشتر از هفت ریشتر در ایران اتفاق افتاده و این در حالی است که روستاهای ما در برابر زلزله 5 ریشتری و شهرهای ما در برابر زلزله 6 ریشتری به شدت آسیب پذیر هستند. کاهش اثرات جانبی زلزله یا به عبارت دیگر، کاهش آسیب‌هایی همچون اجتماعی و زیربنایی در زمان وقوع زلزله، زمانی به وقوع خواهد پیوست که فازهای مختلف مدیریت بحران در تمامی سطوح برنامه ­ریزی مد نظر قرار گیرد. اما هر تصمیم ­گیری و برنامه ­ریزی صحیح، نیازمند اطلاعات صحیح، دقیق و به روز و تحلیل آن‌ ها می‌باشد. به دلیل اینکه اکثر اطلاعات مورد نیاز در مقوله شهری و زلزله بیشتر ماهیت مکانی دارند، لذا علم و فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی با قابلیت جمع آوری داده‌های مکانی و غیر مکانی، ذخیره سازی، بروزرسانی، آنالیز، مدل‌سازی و نمایش اطلاعات مکانی می‌تواند به عنوان علم و فناوری بهینه، در جهت ساماندهی و تجزیه و تحلیل جامع و سریع اطلاعات و کمک به اخذ تصمیمات مناسب در مدیریت بحران، مورد استفاده قرار گیرد(آقامحمدی، 1379). از طرفی باید توجه داشت که محیط سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی، محیطی استاتیک می‌باشد و قابلیت شبیه سازی پویا را ندارد. هوش مصنوعی به ویژه عامل‌های هوشمند قادر به رفع نقاط ضعف بوده و می‌توانند در تعامل و حتی ترکیب با سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی نقشی موثر در مدیریت بحران ایفا کنند (رجبی، 1388).

الگوریتم‌های هوشمند در GIS قابلیت آن را در قاعده‌مند کردن تصمیمات به طور مناسبی ارتقاء بخشیده‌اند که برنامه ریزی مکانی پیچیده و بهینه سازی منابع از آن جمله می‌باشند (Birkin, et al., 1996; Bong, et al., 2004).  ازجمله روش­های هوش مصنوعی که از آن به عنوان یک روش فراابتکاری یاد می‌شود، الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه (ACO) می‌باشد. این روش اولین بار توسط دوریگو در رساله دکترا خود در سال 1992 به عنوان یک راه حل چند عامله برای حل مسائل پیچیده بهینه سازی توسعه داده شده است. اولین کاربرد موفق آن، حل مسئله فروشنده دوره گرد (TSP) می‌باشد(Dorigo, 1992) که سبب شد تا کارایی آن در حل سریع مسائل بهینه­سازی ترکیبی اثبات شود. در سال‌های اخیر کاربردهای فراوانی از بکارگیری در مسائل بهینه­سازی پیچیده نظیر انتخاب اشیاء و تشخیص حالت چهره، مسیریابی وسایل نقلیه(White, et al., 1998)، تخصیص(Maneizzo, et al., 1994)، طراحی و بهبود شبکه حمل و نقل و تکنیک‌های فراگیری ماشین(Parpinelli, et al., 2002) و… ارائه گردیده است.

با توجه به آنچه درمورد اهمیت و ضرورت توجه به بحران زلزله و لزوم برنامه ­ریزی برای مقابله با پیامدهای بعد از آن بیان شد، در این تحقیق با بهره گرفتن از قابلیت­های سیستم های اطلاعات جغرافیایی و الگوریتم ACO، مکانیابی پناهگاه­های اسکان موقت بعد از زلزله به منظور تخصیص جمعیت آسیب دیده، به عنوان یک مسئله بهینه سازی در دنیای واقعی انجام گرفته است.   

1-2-   ضرورت انجام تحقیق:

امروزه با توجه به روند رو به رشد جمعیت و تراکم جمعیتی در مناطق شهری علی‌الخصوص در شهرهای پر جمعیت و مستعد از نظر لرزه­خیزی، لزوم نگرشی همه جانبه و فراگیر به حوادث طبیعی و فجایع ناشی از بروز آن‌ ها بیش از پیش جلوه نموده است. اثرات زیان‌بار ناشی از تمرکز بیش از اندازه جمعیت در محدوده‌های خاص شهری در کنار فقدان برنامه ­ریزی پیشگیرانه و عدم آمادگی لازم جهت مقابله با حوادثی نظیر زلزله تهدیدی بسیار جدی و مهم برای جان شهروندان و تداوم حیات شهری به شمار می‌رود (باقرپور،1389).

ازجمله مسائل مهم در مدیریت بحران به ویژه در زمینه حوادث غیرمترقبه، مکان­ یابی بهینه به منظور اسکان شهروندان در مواجهه و یا پس از بروز حادثه می‌باشد. به دلیل دخالت عوامل و پارامترهای متعدد در این مسئله، مکان­ یابی این گونه اماکن دارای پیچیدگی زیادی است( صمدزادگان و همکاران, 1384). در ایران مکان­گزینی برای اسکان موقت به طور تجربی پس از بروز سانحه و بدون در نظر گرفتن استانداردهای لازم توسط سازمان‌های امدادرسان انجام می‌گیرد. تجربیات به دست آمده از موارد گذشته نشان می‌دهد که هنگام بحران اگر ضوابط برنامه ­ریزی و اجرای اسکان موقت از قبل معین نشوند، در ایجاد سکونتگاه موقت و تخصیص بلوک‌های جمعیتی به نواحی امن، عوامل غیرقابل پیش ­بینی دخالت کرده و به انواع مختلف بر کیفیت آن اثر می‌گذارند. عدم رعایت مکان­گزینی صحیح ممکن است فاجعه دیگری به مراتب وخیم‌تر از سانحه اولیه به دنبال داشته باشد(اشراقی, 1385). در راستای مدیریت اضطراری بحران ناشی از زمین­لرزه و جلوگیری از تلفات سنگین جانی با توجه به تراكم بالای جمعیتی و تنوع عوارض شهری، طراحی و پیاده سازی یک مدل بهینه سازی و جامع به منظور مكانیابی بهینه مکان‌های اسكان و تخصیص جمعیت به آن‌ ها در چهارچوب یک سیستم اطلاعات مكانی از اهمیت بالایی برخوردار است( صمدزادگان و همکاران, 1384).

زمانی که بخواهیم مکانیابی را در فضای ترکیبی داده‌ها و با لحاظ کردن اهداف متعدد اجرا و فرایند بهینه­سازی مکانی را بروی اهداف انجام دهیم، به دلیل وجود محاسبات پیچیده و زمان بر و علما در بعضی مواقع غیر ممکن بودن اجرای

عنوان

 

صفحه چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………..

 

1 فصل اول- كلیات

 

1-1-  مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………..

 

2 1-2-  طرح موضوع…………………………………………………………………………………………………………..

 

5 1-3-  اکولوژی خلیج‌فارس………………………………………………………………………………………………..

 

5 1-4-  ضرورت انجام تحقیق…………………………………………………………………………………………….

 

7 1-5-  قلمرو تحقیق…………………………………………………………………………………………………………..

 

7 1-5-1- محدوده مکانی نمونه‌برداری آبزیان………………………………………………………………….

 

7     1-5-2-  منطقه مورد بررسی و ایستگاه های نمونه‌برداری فیزیكی وشیمیایی آب ………………..

 

7 1-6-  محدوده زمانی نمونه‌برداری آبزیان و آبشناسی………………………………………………………….

 

10 1-7- سؤالات و فرضیه‌ها…………………………………………………………………………………………………..

 

10 1-7-1-  سؤالات تحقیق………………………………………………………………………………………….

 

10 1-7-2-  فرضیه‏های تحقیق………………………………………………………………………………………

 

10 1-8-  تعاریف واژه‌ها………………………………………………………………………………………………………

 

10 فصل دوم- پیشینه تحقیق، چارچوب‌ها و مبانی و مستندات

 

2-1- پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………………………………………….

 

11 2-2- معرفی ده گونه ماهیان کفزی …………………………………………………………………………………….

 

13 2-2-1- حسون معمولی  Saurida tumbil ……………………………………………………………….

 

13      2-2-2- حلوا سفید Pampus argenteus…………………………………………………………………

 

14 2-2-3- حلوا سیاه Parastromateus niger …………………………………………………………..

 

15      2-2-4- سپر ماهیان (Rays)………………………………………………………………………………………..

 

16 2-2-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan…………………………………………………………

 

16 2-2-6- شوریدهOtolithes ruber…………………………………………………………………………….

 

17 2-2-7- كوسه ماهیان Sharks…………………………………………………………………………………….

 

18 2-2-8- گربه ماهی بزرگ  Arius thalassinus………………………………………………………….

 

18      2-2-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicus ………………………………………………

 

19      2-2-10- یال اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus  ………………………………………………….

 

20 2-3-  شبکه عصبی مصنوعی……………………………………………………………………………………………..

 

21      2-3-1- تاریخچه هوش مصنوعی…………………………………………………………………………………

 

21      2-3-2- پرسپترون چند لایه‌ای…………………………………………………………………………………….

 

22 فصل سوم: مواد و روش‌ها و روش اجرای تحقیق

 

3-1- ابزار و روشها…………………………………………………………………………………………………………..

 

25      3-1-1- ابـزار و تجهیـزات………………………………………………………………………………………….

 

25 3-1-1-1- تجهیزات موجود در شناور ……………………………………………………………………..

 

25 3-2- روش كار………………………………………………………………………………………………………………..

 

27     3ـ2ـ1ـ منطقه مورد بررسی و تعیین ایستگاه‌های نمونه‌برداری…………………………………………….

 

27 3-3- روش نمونه‌برداری……………………………………………………………………………………………….

 

29      3-3-1ـ روش محاسبـه میـزان CPUA و تـوده زنـده……………………………………………………

 

33      3-3-2- روش اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب…………………………………………..

 

34 3-4- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات………………………………………………………………………………….

 

35 فصل چهارم: تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق

 

4-1-  عمق ایستگاه‌های نمونه‌برداری آب……………………………………………………………………….

 

39 4-2- توزیع عمودی و افقی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب ……………………………………………..

 

39      4-2-1- دمای آب………………………………………………………………………………………………………

 

40      4-2-2- هدایت الكتریكی…………………………………………………………………………………………….

 

41      4-2-3- شوری…………………………………………………………………………………………………………..

 

43      4-2-4- چگالی………………………………………………………………………………………………………….

 

45      4-2-5- اكسیژن محلول……………………………………………………………………………………………….

 

46      4-2-6- pH………………………………………………………………………………………………………………

 

48      4-2-7- كلروفیلa………………………………………………………………………………………………………

 

49      4-2-8- كدورت…………………………………………………………………………………………………………

 

 

 

50 4-3-  میزان CPUA و توده زنده كل آبزیان ترال كف در خلیج‌فارس و دریای عمان……………….

 

54      4-3-1- میزان CPUA سال 1387…………………………………………………………………………………

 

54      4-3-2- میزان توده زنده سال 1387………………………………………………………………………………

 

56      4-3-3- میزان CPUA سال 1388…………………………………………………………………………………

 

59      4-3-4- میزان توده زنده سال 1388………………………………………………………………………………

 

61 4-4- توده زنده، CPUA و پراكنش آبزیان به تفکیک گونه، سالهای 1387 و 1388………………….

 

63      4-4-1- حسون معمولیSaurida tumbil ………………………………………………………………….

 

63           4-4-1-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………

 

64      4-4-2- حلوا سفید Pampus argenteus ……………………………………………………………….

 

66           4-4-2-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………

 

68      4-4-3- حلوا سیاه Parastromateus niger……………………………………………………………

 

69          4-4-3-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

71      4-4-4- سپر ماهیانRays  ………………………………………………………………………………………….

 

72          4-4-4-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

74      4-4-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan  ……………………………………………………….

 

75          4-4-5-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

77      4-4-6- شوریده  Otolithes ruber…………………………………………………………………………..

 

78         
4-4-6-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

80      4-4-7- کوسه ماهیان  Sharks …………………………………………………………………………………..

 

81          4-4-7-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

83      4-4-8- گربه ماهی بزرگ  Arius thalassinus …………………………………………………………

 

84          4-4-8-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

86      4-4-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicas………………………………………………..

 

87          4-4-9-1- تحلیل شبکه عصبی………………………………………………………………………………..

 

89      4-4-10- یال‌اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus…………………………………………………..

 

90          4-4-10-1- تحلیل شبکه عصبی……………………………………………………………………………..

 

92 فصل پنجم: بحث و نتیجه‌گیری

 

5-1- پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب …………………………………………………………………………….

 

95      5-1-1- دمای آب ……………………………………………………………………………………………………..

 

95      5-1-2- هدایت الکتریکی …………………………………………………………………………………………..

 

97      5-1-3- شوری ………………………………………………………………………………………………………….

 

98      5-1-4- چگالی………………………………………………………………………………………………………….

 

100      5-1-5- اکسیژن ………………………………………………………………………………………………………..

 

102      5-1-6- pH………………………………………………………………………………………………………………

 

103      5-1-7- کلروفیل a…………………………………………………………………………………………………….

 

104      5-1-8- کدورت ……………………………………………………………………………………………………….

 

106 5-2- توده زنده، CPUA و پراكنش آبزیان به تفکیک گونه، سال‌های 1387 و 1388………………….

 

107      5-2-1-  حسون معمولیSaurida tumbil …………………………………………………………………

 

107     5-2-2- حلوا سفید Pampus argenteus ………………………………………………………………….

 

108     5-2-3- حلوا سیاه Parastromateus niger………………………………………………………………

 

109     5-2-4- سپر ماهیانRays  ……………………………………………………………………………………………

 

111     5-2-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan  …………………………………………………………

 

112     5-2-6- شوریده  Otolithes ruber…………………………………………………………………………….

 

112     5-2-7- کوسه ماهیان  Sharks …………………………………………………………………………………….

 

113     5-2-8- گربه ماهی بزرگ  Arius thalassinus …………………………………………………………..

 

114     5-2-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicas………………………………………………….

 

116     5-2-10- یال‌اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus……………………………………………………

 

117 پیشنهادها:…………………………………………………………………………………………………………………………..

 

119 منابع:…………………………………………………………………………………………………………………………………

 

120 پیوست‌ها:………………………………………………………………………………………………………………………….

 

123

چکیده

به منظور بررسی و پیش‌بینی الگوی پراكنش كفزیان مهم اقتصادی، داده‌های صید 10 گونه شامل:  1- حسون معمولی(Saurida tumbil) 2- حلوا سفید (Pampus argenteus)  3- حلوا سیاه (Parastromateus niger) 4- سپر ماهیان[1] (Rays) 5- سنگسر معمولی (Pomadasys kaakan) 6- شوریده (Otolithes ruber)  7- كوسه ماهیان1 (Sharks) 8- گربه ماهی بزرگ (Arius thalassinus) 9- گوازیم دم رشته‌ای (Nemipterus japonicus) و 10- یال اسبی سربزرگ (Trichiurus lepturus)  مربوط به سال‌های 1387 و 1388 در حوزه آبهای استان هرمزگان مورد تجزیه و تحلیل قرار‌گرفتند.

با بهره گرفتن از نرم‌افزار صفحه گسترده، تجزیه و تحلیل اولیه صورت گرفت و با نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی  (GIS) نقشه‌های پراكنش مكانی گونه‌های مذکور، براساس میزان صید بر واحد سطح (CPUA) Catch Per Unit of Area تهیه ‌گردید. پس از آن به منظور پیش‌بینی الگوی پراكنش،  نقشه‌های پارامترهای فیزیكی وشیمیایی آب منطقه شامل: دما، کدورت، شوری، چگالی، اكسیژن محلول، pH، كلروفیلa، هدایت الکتریکی، عمق، فاصله از ساحل، زمان صید و طول و عرض جغرافیایی تهیه گردید که نقشه‌های فوق‌الذکر پس از تبدیل به داده، به عنوان متغیرهای مستقل و CPUA گونه‌های مورد نظر به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شدند. نقشه‌ها پس از تبدیل به عنوان ورودی نرم‌افزار شبكه عصبی مصنوعی (ANNs) Artificial Neural Networks مورد استفاده قرار گرفت كه درصدی از اطلاعات به منظور آموزش، درصدی به منظور اعتبارسنجی و درصدی دیگر به منظور آزمایش عملكرد شبكه عصبی مصنوعی  مورد استفاده قرار گرفتند و بهترین مدل شبکه عصبی مصنوعی با  درصد کارایی بالا، به عنوان الگویی برای پیش‌بینی انتخاب شد.  با بکارگیری مدل بر روی اطلاعات محدود آبشناسی و صید در منطقه، می‌توان پیش‌بینی الگوی پراكنش ماهی مورد نظر را انجام داد و با بهره گرفتن از الگوی پراكنش، می‌توان ناوگان صیادی را راهنمایی و دقیقاً مناطق صید را برحسب مختصات جغرافیایی تعیین نمود.

فصل اول- كلیات

• مقدمه

آبزیان از ارزش غذایـی بالایی برخوردارند و امروزه نقش مهمی در تامین جیره غذایی جوامع بشری ایفاء می‌کنند. بهره‌برداری بهینه می‌تواند در حفظ این ذخایر خدادادی کمک نماید. از سویی صید بی‌رویه، عوامل مخرب زیست محیطی، تخریب زیستگاه ها، آسیب پذیـری جوامع آبزیان، قابلیت محدود بازسازی ذخایر و از سوی دیگر نیاز جوامع انسانـی، باعث به خطر افتادن جمعیت آنها می‌شود.

لذا، به منظور بهره‌برداری صحیح و توسعه پایدار لازم است همواره روند تغییرات جمعیت آبزیان را زیر نظر داشت. یكی از راه‌های موجود برای رسیدن به این هدف، انجام تحقیقاتی منظم است تا بتوان هرگونه تغییرات احتمالی در جمعیت‌های مختلف آبزیان را تعیین نمود.

بررسی‌های انجام شده در خلیج‌فارس نشان داد كه شرایط محیطی در این منطقه همواره تحت تاثیر تغییرات شدید سالانه قرار دارد. وجود نوسانات شدید شرایط محیطی از جمله تغییرات درجه حرارت و شوری آب در طول سال در خلیج‌فارس موجب آشفتگی محیط زیست دریایی شده و در خصوصیات بیولوژیک و رفتاری آبزیان تاثیر می گذارد. بنابراین، غلظت زیاد نمك و حرارت زیاد آب دراین منطقه همراه با تغییرات شدید آب و هوایی از جمله عوامل موثر در اكوسیستم این منطقه به‌شمار می‌آید. تعویض و جابجایی آب از طریق تنگه هرمز از سایر عوامل موثر در تغییرات شرایط محیطی این منطقه می‌باشد كه در نتیجه آن آبها با شوری كمتر و اكسیژن و مواد غذایی بیشتر وارد خلیج‌فارس می‌شوند (نیکویان و همکاران، 1384).

گرچه به نظر می‌رسد كه ماهیان خلیج‌فارس قادرند میزان بالای درجه حرارت و شوری را تحمل نمایند ولی تغییرات شدید شرایط محیطی در آبهای سطحی آثار بیشتری بر ذخایر سطحزی خلیج‌فارس در مقایسه با كفزیان دارد، زیرا تغییرات درجه حرارت و شوری اغلب در لایه‌های سطحی آب محسوس‌تر است. این امـر مـوجب نوسانات شدید فصلی در گسترش و پراكندگی گونه‌های سطحزی در مقایسه با گونه‌های كفزی گردیده است. وفور گونه‌های ریز و بزرگ ماهیان سطحزی به‌ خصوص در ماه های سرد سال در خلیج‌فارس مؤید همین تغییرات است. ماهی ساردین كه از گونه‌های سطحزی به‌شمار می‌رود، در نواحی ساحلی و در مناطقی یافت می‌شود كه آب دارای درجه حرارت كمتری می‌باشد. ولی زمانی كه درجه حرارت آبهای سطحی به حداكثر خود در تابستان می‌رسد، این ماهیان بیشتر به عمق آب و نزدیک به بستر دریا مهاجرت می كنند كه دارای درجه حرارت كمتری است (نیکویان و همکاران، 1384).

به طوركلی، چرخه حیات گونه‌های مختلف آبزیان تا حد زیادی به شرایط زیست آنها بستگی دارد لذا، می‌توان ادعا نمود كه كاربرد دانش اقیانوس‌شناسی جهت معضلات صید و صیادی در نتیجه درك بهتر ذخائر آبزیان و محیط آنها میسر می‌باشد و با درك این روابط است كه می‌توان سیستم‌های پیش‌بینی وضعیت صیادی را قانونمند نمود (ولی الهی، 1374).

اكوسیستم خلیج‌فارس با دارا بودن شرایط خاص هیدروگرافیک و اكولوژیک یكی از نادرترین اكوسیستمها در سطح بیوسفر می‌باشد. تنوع زیستی انواع ماهیان، حضور جنگل‌های حرا در سواحل ایرانی خلیج‌فارس، وجود جزایر متعدد و استراتژیک در این گستره آبی، استخراج و صدور نفت از این منطقه، تبخیر بالای آب، از مهمترین عواملی هستند كه در تبیین این شرایط خاص و ویژه موثر می‌باشند (غفاری چراتی، 1375).

عنوان                                                                            صفحه

چکیده

فصل اول : كلیات پژوهش

مقدمه……………………………………………………………………………………. 2

بیان مسئله………………………………………………………………………………. 7

اهمیت موضوع پژوهش………………………………………………………………. 11

اهداف پژوهش…………………………………………………………………………. 13

فرضیه های پژوهش…………………………………………………………………… 14

متغیرهای پژوهش…………………………………………………………………….. 15

تعاریف نظری و عملیاتی……………………………………………………………… 16

فصل دوم : بررسی پیشینه های پژوهش

تعریف هنر…………………………………………………………………………….. 20

طبقه بندی هنر…………………………………………………………………………. 21

روانشناسی هنر………………………………………………………………………… 24

هنر درمانی…………………………………………………………………………….. 26

هنر درمانی برای كودكان و نوجوانان………………………………………………… 28

نوروپسیكولوژی هنر………………………………………………………………….. 31

نیمكره های مغز و خلق هنر…………………………………………………………… 33

اثر ضایعات وارد بر نیمكره راست مغزی در ترسیم و نقاشی……………………….. 34

آثار آسیب و ضایعه وارد بر نیمكره چپ در ترسیم و نقاشی………………………….. 35

رابطه هنر ، ‌خلاقیت و ریاضی……………………………………………………….. 35

اختلالات یادگیری……………………………………………………………………… 37

علل اختلالات یادگیری………………………………………………………………… 38

ریاضی و حساب نارسایی……………………………………………………………… 39

مبانی نوروپسیكولوژی حساب نارسایی……………………………………………….. 40

نظریه های مرتبط با اختلالات یادگیری و حساب نارسایی……………………………. 41

نظریه غلبه طرفی مغز………………………………………………………………… 41

نظریه پردازش آگاهی ها و اطلاعات…………………………………………………. 42

مشكلات كودكان حساب نارسا…………………………………………………………. 43

میزان شیوع حساب نارسایی در دانش آموزان و ملاك های تشخیص DSM IV برای اختلال حساب نارسایی   44

مهارت های پردازش اطلاعات بینایی…………………………………………………. 44

مهارت های بینایی – فضایی………………………………………………………….. 45

مهارت های تجزیه و تحلیل بینایی…………………………………………………….. 46

مهارت های بینایی – حركتی………………………………………………………….. 47

نقص و ضعف در مهارت های پردازش اطلاعات بینایی…………………………….. 48

مشكلات كودكان حساب نارسا در مهارت های پردازش اطلاعات بینایی…………….. 50

فرایند یادگیری ریاضی در كودكان حساب نارسا……………………………………… 53

راهبردهای آموزش مفاهیم ریاضی به كودكان حساب نارسا………………………….. 54

نقش هنر در پردازش و ادراك بینایی………………………………………………….. 55

رشد نقاشی و ترسیم و ناتوایی های یادگیری………………………………………….. 57

پیشینه پژوهش…………………………………………………………………………. 59

فصل سوم : روش شناسی پژوهش

جامعه پژوهش…………………………………………………………………………. 63

نمونه و روش نمونه برداری………………………………………………………….. 63

 

 

روش پژوهش………………………………………………………………………….. 63

ابزار اندازه گیری……………………………………………………………………… 64

آزمون پیشرفته رشد ادراك بینایی فراستیگ…………………………………………… 65

آزمون ریاضی ایران – كی مت………………………………………………………. 65

آزمون آندره ری……………………………………………………………………….. 66

روش تجزیه و تحلیل آماری…………………………………………………………… 67

 فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها

مقدمه…………………………………………………………………………………… 69

روش های آماری………………………………………………………………………. 70

 فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری

بحث و نتیجه گیری……………………………………………………………………. 95

محدودیت های پژوهش……………………………………………………………….. 101

پیشنهادهای پژوهشی………………………………………………………………….. 102

پیشنهادهای کاربردی………………………………………………………………….. 102

منابع فارسی

منابع لاتین

پیوست ها

چکیده انگلیسی

چکیده

پژوهش حاضر به منظور بررسی تأثیر آموزش هنرهای تجسمی بر افزایش مهارتهای پردازش اطلاعات بینایی کودکان حساب نارسا انجام شد . جامعه پژوهش عبارت بود از همه دانش آموزان حساب نارسای پایه های دوم و سوم دبستان که در منطقه 3 شهر تهران درس می خواندند. روش نمونه گیری به صورت غربالگری بود. نمونه شامل 30 نفر از دانش آموزان پسر پایه های دوم و سوم دبستان بود . ابزار مورد استفاده عبارت بودند از : آزمون ریاضیات ایران کی مت ، فراستیگ و آندره ری و روش اجرای پژوهش روش نیمه آزمایشی پیش آزمون و پس آزمون با گروه کنترل بود. نتایج با بهره گرفتن از روش های آمار توصیفی و مدل آماری تحلیل کواریانس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که آموزش هنرهای تجسمی بر تمامی مهارتهای پردازش اطلاعات بینایی به غیر از درک ثبات شکل مؤثر بوده بطوری که تفاوت معناداری بین سه گروه نقاشی، سفال و کنترل وجود دارد.

مقدمه :

هنر مانند دانش و فلسفه وسیله ای است برای شناخت واقعیت علم و نقش تخیلی در هنر بیش از علم است و نقش تعقل و انتزاع در علم بیش از هنر است. هر اثر هنری تجلی تازه ای از پیكار دائم انسان ها با طبیعت است كه برای شناخت بیشتر صورت گرفته و در این پیكار هر لحظه آفرینش تازه ای در هنر به وجود می آید و هر كدام از پدیده های هنری یا نظریه های مربوط به هنر با این فرض آغاز می شود كه انسان در برابر شكل ،‌ سطح و حجم اشیائی كه حاضر به حواس او باشند واكنش نشان می دهد و بعضی از آرایش ها در تناسب شكل ، سطح و حجم اشیاء لذت بخش شده و حس تشخیص روابط لذت بخش یا همان حس زیبایی شناختی را در فرد القا می كند. در هر صورت ،‌ هنر بیان هر آرمانی است كه هنرمند توانسته باشد آن را به صورت تجسمی تحقق بخشد (گاردنر[1] ، 1980، به نقل از سعدی پور و فرامرزی 1379 ،‌سعدی پور ،‌1380).

شیلر[2] جامعه شناس آلمانی و هربرت اسپنسر[3] معتقدند كه هنر و انواع آن ناشی از غریزه بازی اند در صورتی كه مارشال[4] معتقد است كه هنر به هر شكل كه باشد برای تزیین و جلب نظر دیگران پدید آمده است و به اعتقاد افرادی چون فروید[5] هنرها همگی از عقده های جنسی سرچشمه می گیرند. در واقع تمامی این نظریه ها به نوعی هنر را به غریزه نسبت می دهند و به اعتقاد برخی نیز آفرینش هنر یا هنر آفرینی نوعی بازی است که برای كسب قدرت و تسلط بر مقتضیات زندگی به كار می رود و افرادی چون گروس به این اصل اعتقاد داشتند و بیان كردند كه هنر از تجلیات غریزه بازی است (آریان پور ، 1370 ،‌آرین ، 1378).

كهن ترین شكل های شناخته شده هنر به نقاشی تعلق دارد. نخستین نمونه های شناخته شده شعر به عصری بس متأخر تعلق دارد در پی منشأ هنرهای تجسمی به ویژه نقاشی كه از نقاشی های غارنشینان عصر دیرینه سنگی به ما شناخته شده است ، برجسته ترین نكته ماهیت فوق العاده نمایشی آنهاست و از آن زمان تا كنون همواره هنرمندان در زمینه هنرهای تجسمی چون نقاشی و مجسمه سازی برای تجسم تخیل خود مهارتی را به كار می برند كه آفرینش خود را به زیبایی های فریبندگی ظاهری به وحدت كمال رسانیده كه اینها همه از ذهن آگاه آنها سرچشمه می گیرد(آرنولد ، 1976 ،‌به نقل از فرامرزی ،‌1363).

هنرمندان تجسمی نظیر نقاشان ، طراحان و مجسمه سازان كه در كارها و آثار هنری شان خلاقیت و زیبایی شناسی خاصی وجود دارد اغلب در زمینه حل مسائل ریاضی و مفاهیم آن نیز خلاقیت نشان می دهند. این افراد اغلب دانشمندان و محققین را ترغیب می كنند كه پروژه ها و طرح های پژوهشی خود را با دیدگاهی تازه و جدید بررسی كنند. بر خلاف قوانین سخت و بعضاً خشك علمی ،‌ قوانین مربوط  به هنر از زیبایی و انعطاف پذیری خاصی برخورداربوده و هنرمندان آزاد و موفق آزادانه به ذهن و فكر خویش اجازه پرواز داده و این آزادی فكر و اندیشه همراه با خلاقیت موجود در مغز آنها به عنوان یک فرایند جریان یافته و به خلق آثار بزرگ و اساسی و حل مسائل پیچیده علمی كمك می كند. هنر همواره ذهن خالق خویش را منعكس كرده . این انعكاس با خلاقیت و ادارك هنر رابطه مستقیمی دارد (زایدل[6] كاشر[7] ،‌2005).

هنر كه پدیده ای است همراه با خلاقیت موجب بهبود و تغییرات در ادراك و شناخت افراد می شود و كل این فرایند در مغز رخ می دهد به گونه ای كه نوروپسیكولوژیست ها همواره در جستجوی  پاسخ به این مسأله كه چگونه سازماندهی  و پردازش اطلاعات در مغز می تواند بر فرایند درك هنر مؤثر باشد و بالعكس بررسی ها و مطالعات گوناگونی انجام داده اند. پژوهشگران بر اساس مطالعات خود به این نتیجه رسیده اند كه جنبه ها و ابعاد گوناگون سازماندهی مغز نقش مهمی را در خلق هنر و درك آن ایفا می كند و تجربه ادراكی هنر از طریق فرایند فعالی كه دربرگیرنده اطلاعات حسی ، پردازش آنها ، یادآوری تجربیات گذشته و انگیزه ها و اهداف فعلی است ایجاد می شود. بر اساس یافته ها و پژوهش های گوناگونی كه  نوروپسیكولوژیست ها در این زمینه انجام داده اند مشخص شده كه انتقال دهنده های شیمیایی در مغز به ویژه «سروتونین»ها در خلاقیت ، درك و بیان هنر مؤثرند. نقش این انتقال دهنده ها و مواد شیمیایی موجود در مغز در خلاقیت افراد به ویژه افرادی كه با كارهای هنری ، تجسم ، تخیل و ادراك فضایی سرو كار دارند از طریق كالبدشكافی و بررسی مغز برخی افراد هنرمند یا ریاضی دان بدست آمده است. یافته های این پژوهش ها حاكی از آن است كه سطح سروتونین در مغز این افراد طبیعی و گاهی بالاتر از حد طبیعی است. بعضی دیگر از نوروپسیكولوژیست ها همین مطالعات را علاوه بر ریاضی دانان و هنرمندان روی مغز افراد عادی كه گاهی كارهای هنری و عملیات تجزیه و تحلیل و محاسبه را انجام می دهند ، انجام داده و یافته های بررسی های آنها مشابه نتایج قبلی بود(زایدل و همكاران ،2005 ، لووی[8] ، 2004 ، اوتسكا[9] ، 1996).

ریاضیات برای عامه مردم موضوع مهمی تلقی شده و در واقع این فعالیت ذهنی كه دارای سیستم های پیچیده ای از مفاهیم بینایی ، ‌فضایی و هندسی است بسیار انتزاعی است و شكست در یادگیری مفاهیم و مهارت های بنیادی آن بسیار آزار دهنده است و همواره دانش آموزان در مدارس با ترس از شكست در یادگیری ریاضی  مواجه اند و گاه از اولین سال ورود به مدرسه این ترس آغاز شده و گاهی هرگز پایان نمی پذیرند. طی سه دهه اخیر تعداد دانش آموزان كه دارای مشكلات در یادگیری ریاضی هستند رشد چشمگیری پیدا كرده و حدود 6 درصد كودكانی كه در سنین مدرسه هستند در فرایند یادگیری ریاضی مشكلاتی دارند و حالتی كه سبب به وجود آمدن مسائل دائمی در محاسبه فرایند عددی می شود اغلب به عنوان «حساب نارسایی» نامیده می شود(سوسا[10]،‌2001 ،‌به نقل از استكی ، 1386 ، كاپلان و سادوك ،‌2008).

مطالعات نشان داده كه دسته ای از كودكان با نارسایی های ویژه ،‌در یادگیری « حساب  نارسا[11]» هستند. حساب نارسایی ، اساساً عبارت است از نا توانایی در انجام مهارت های مورد انتظار مربوط به حساب با توجه به ظرفیت هوشی و سطح آموزشی كه با آزمون های میزان شده فردی ارزیابی  می شود. كودكان حساب نارسا در یادگیری و به یادآوری اعداد و ارقام دچار مشكل بوده و در مهارت های محاسبه نظیر جمع ، ‌تفریق ،‌ضرب و تقسیم كند و فاقد دقت و تمركز لازم هستند و در بسیاری از موارد این اختلال تؤام با اختلالات خواندن و نوشتن به ویژه نارساخوانی است. حساب نارسایی تا حدودی به علت عوامل ژنتیكی و نیز نقص نورولوژیک در ناحیه پس سری نیمكره راست مغز ایجاد می شود اما عوامل محیطی ،‌ آموزشی ،‌شناختی ، تكاملی ، هیجانی ، و اجتماعی و فرهنگی نیز در بروز آن بی تأثیر نیستند(كاپلان و سادوك ،‌2005 ، گاردنر ،‌2005 ، آندریاس[12] ، 2005).

پژوهشگران طی مطالعاتی گوناگون نشان داده اند كه كودكان حساب نارسا در واقع در پردازش اطلاعات مشكل دارند و یكی از مهم ترین فرایندهای مربوط به پردازش در آنها پردازش اطلاعات بینایی[13] است. مهارت های پردازش اطلاعات بینایی از جمله ادراك روابط فضایی ،‌ حافظه بینایی و تجسم ،‌ تشخیص شكل از زمینه و ثبات شكل همگی نقش مهمی را در یادگیری كودكان ایفا می كنند و اگر به مواد آموزشی ارائه شده در مدارس توجه كنیم اهمیت این مسأله روشن می گردد زیرا تقریباً 70 درصد اطلاعات جهت یادگیری مواد درسی از طریق بینایی ارائه می شود و در انجام تكالیف منزل نیز این مهارت های پردازش اطلاعات بینایی نقش مهمی را ایفا می كنند و در كنار راهكارهای ارائه شده چون رویكردهای حسی ،‌ حركتی و ادراكی حركتی پژوهشگران همواره از راهبردهایی با خلاقیت و تجربه خود نیز استفاده می كنند تا بلكه بتوانند مشكلات پردازش اطلاعات بینایی كودكان با نارسایی های ویژه در یادگیری را بر طرف كنند(لرنر[14] ،‌ 1996 ، دانش ، 1384 ، عشایری ، ‌1368 ، به نقل از علی نژاد ،‌1385).

بسیاری از پژوهشگران ، روانشناسان و متخصصین از گذشته های دور تا كنون همواره در صدد بودند كه در كنار درمان های متداول اختلالات ذهنی ،‌ جسمی و روانی از هنر در قالب آموزش هنر و هنر درمانی نیز بهره مند شوند. مطالعات و بررسی ها نشان داده كه هنر به ویژه استفاده از هنرهای تجسمی نظیر نقاشی و سفال می تواند در كاهش و بهبود مشكلاتی چون اختلالات رفتاری ،‌ارتباطی ، كمبود توجه ،‌ تمركز و بیش فعالی ، ‌اختلالات نافذ رشدی ،‌ سندرم دان و حتی اختلالات یادگیری مؤثرباشند. در رابطه با بهره گرفتن از ابزار هنری چون نقاشی و سفال در زمینه اختلالات یادگیری پژوهشگران مطالعات زیادی انجام داده و یافته ها حاكی است كه هنرهای تجسمی می تواند مشكلات یادگیری كودكان نارسانویس ، ‌حساب نارسا و نارسا خوان را به حداقل برساند و هدف از استفاده از ابزار هنری این است كه بتوان مشكلات آنها را برطرف كرده و با فعالسازی نیمكره های مغزی آنها از طریق درك هنر به ارتقاء و پیشرفت تحصیلی آنها كمك كرد(كیس و دالی [15] ، 2008 ، ‌زایدل ، ‌2006 ،آندریاس ، ‌2005 سیلور[16] ، 2001 ، گاردنر ، ‌2001).

بیان مسئله

هنر به عنوان پدیده ای زیبایی شناختی از قدرت خاصی برخوردار است به گونه ای كه می تواند نیروهای متعارض درون فردی ، بین فردی ، و جامعه را بهبود بخشیده و سازگاری بهتری را برای صاحب اثر هنر ایجاد كرده و بعضاً مشكلات او را حل كند. علاوه بر درك و فهم حالات هیجانی و عاطفی مراجع به وسیله هنر از هنر می توان برای بهبود قدرت شناخت و ادراك افرادی كه در شناخت و ادراك خود مشكلاتی دارند استفاده كرد و این خود پایه و اساس هنر درمانی است و هنر درمانی نیز خود شامل طیف گسترده ای از كاربردهای درمانی عناصر هنر است كه در یكسوی این طیف ،‌ هنر به عنوان وسیله ای برای ارتباط غیر كلامی مؤثر است و هنر در پیوند با تداعی كلامی و تفسیر آن وآثار هنری امكاناتی را فراهم می كند برای درك و فهم حالات هیجانی كه در مراجع وجود دارد و در سوی دیگر طیف ، درمان از خود فرایند هنری مشتق می شود. در رابطه با این قدرت درمانی هنر مطالعات گوناگونی انجام گرفته و بررسی ها نشان می دهد كه یكی از بخش های مهم هر درمانی ،‌ كه می تواند بسیار مفید  باشد ، «هنرهای تجسمی[17]» است (عناصری ، 1380 ، میرزا بیگی ،‌1382 ، ‌لاندگارتن[18] ، 2003 به نقل از هاشمیان و ابوحوزه ، 1386).

هنرهای تجسمی چون نقاشی ، طراحی و سفال از مهم ترین عوامل در بیان مقاصد ،‌افكار ،‌ عقاید و نیازهای درونی بشر محسوب می شوند كه از دیرباز تا كنون همواره مورد استفاده انسان بوده است. اشتغال به این فعالیت خلاقه اعم از آفرینش و خلق یک نقاشی ، درست كردن یک مجسمه و یا كاربرد آن می تواند علاوه بر پرورش حس زیبایی و ذوق هنری انسان ، ‌نقش مؤثری در رشد شخصیت ،‌ شناخت ،‌ بینش و حل مشكلات و نابسامانی های روانی و درمان وی داشته باشد.(لاندگارتن ،‌2003 ،‌كیس و دالی ، ‌2008).

در نقاشی ها و ترسیمات كودكان می توان اطلاعات مناسبی از ویژگی های شخصیتی آنها به دست آورد و توانایی های ذهنی ،‌ شاختی ، ‌اداركی ،‌ ویژگی های عاطفی و خصوصیات هیجانی ، ‌ناكامی ها ، فشارها و تمایلات درونی كودك را