دانشگاه رازی
دانشکده فنی مهندسی
گروه مهندسی عمران
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران
گرایش آب
عنوان پایان نامه
مدیریت مخازن سدهای حوضه گاماسیاب استان کرمانشاه با بهره گرفتن از مدل WEAP
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
امروزه آب به عنوان کلید توسعه، در جوامع بشری اهمیت فوقالعادهای پیدا کرده و کشور ایران نیز از این قاعده مستثنی نمی باشد. بویژه آنکه این کشور در منطقه خشک و نیمه خشک جهان قرار دارد. شرایط آب و هوایی حاكم بر استان کرمانشاه و محدودیت های موجود در منابع آب زیرزمینی، بهره وری بیشتر از منابع آب های سطحی را اجتناب ناپذیر می نماید. از سوی دیگر عدم بهره برداری از پتانسیل آبهای سطحی استان، افزایش جمعیت و به تبع آن افزایش نیازها در سنوات اخیر، باعث برداشت بیرویه و غیر اصولی از منابع آب زیرزمینی اغلب دشتهای استان شده است. در دهههای گذشته با رشد قابلیتهای نرمافزاری، امکان توسعه مدلهای رایانهای فراهم شده است که به نوبه خود نقش بسزایی در بهینهسازی و شبیهسازی منابع آب داشته است. امروزه تجزیه و تحلیل مسائل منابع آب با بهره گرفتن از مدلهای هیدرولوژیکی که فرایندهای از قبیل بارش، تبخیر، نفوذ و رواناب را شبیهسازی می کنند، از جایگاه ویژهای برخوردار است. یکی از پر کاربردترین این نرمافزارها در سالهای اخیر نرمافزار WEAP بوده است. WEAPدر زمینه برنامه ریزی و ارزیابی پروژه های آبی، اجزای مختلف یک حوضه و رودخانه را گرد هم میآورد. این تحقیق در حوضه گاماسیاب که زیر حوضه شمال شرقی حوضه کرخه است، انجام شده است. هدف از این تحقیق بررسی جامع منابع آب سطحی حوضه گاماسیاب با توجه به سدهای در دست ساخت و مطالعه بوده است. بخش اعظم این حوضه در استان کرمانشاه و سرشاخه آن در استان همدان قرار دارد. رودخانه اصلی این حوضه رودخانه گاماسیاب است که برروی شاخههای آن در استان کرمانشاه سدهای جامیشان، قشلاق علیا و آناهیتا (کبوتر لانه) در دست ساخت، و سد بیستون در پایین دست آنها در دست مطالعه است. به منظور ساخت مدل WEAP تعریف مسئله قالب زمانی، محدوده مکانی، اجزای سیستم و طراحی مسئله انجام گردیده است. سپس با اعمال سناریوهای مختلف وضعیت طرح در شرایط آینده با توجه به سیاست گذاریهای موجود، سنجیده شده است. در این پژوهش داده های هیدرولوژیکی 41 ساله حوضه گاماسیاب جهت کالیبراسیون مورد استفاده قرار گرفته است و سناریوها نیز در دوره ای 40 ساله جهت بررسی عملکرد سد و نیز تأثیر سدهای بالادست بر سد پایین دست، با کمک نرمافزار WEAP، به کار گرفته شده اند. در شبیهسازی حوضه، از روش مونتانا جهت برآورد نیاز زیست محیطی استفاده و گامهای زمانی بصورت ماهانه در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشانگر عملکرد مناسب سد بیستون در تأمین نیازهای مربوطه بوده است. سدهای بالا دست با کمبود آب در تأمین تقاضاهای حوضه مواجه بوده و برای جبران باید راهکارهای مناسبی اندیشیده شود. بیشترین کمبود در بخش کشاورزی سد قشلاق مشاهده شده است و توان تعریف شده انتقال خط انتقال آب از رودخانه گاماسیاب به سد بیستون مناسب می باشد.
کلمات کلیدی: مدیریت منابع آب، حوضه گاماسیاب، استان کرمانشاه، آب سطحی، مدل WEAP
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: کلیات
1-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2
1-2 مصارف آب ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2
1-3 مدیریت جامع منابع آب………………………………………………………………………………………………………………………………….3
1-3-1 مفاهیم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4
1-3-2 مدیریت جامع حوضه رودخانه………………………………………………………………………………………………………………5
1-3-3 استفاده از مدلسازی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب………………………………………………………………….6
1-4 نرمافزار WEAP…………………………………………………………………………………………………………………………………………….6
1-5 اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8
1-6 ضرورت تحقیق…………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
1-7 ساختار پایان نامه…………………………………………………………………………………………………………………………………………….10
فصل دوم: پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..12
2-2 مدلسازی سیستمهای منابع آب در سطح حوضه آبریز………………………………………………………………………………12
2-2-1 شبیه سازی سیستم منابع آب……………………………………………………………………………………………………………13
2-2-2 انواع روشهای شبیه سازی………………………………………………………………………………………………………………..14
2-2-3 بهینه سازی منابع آب………………………………………………………………………………………………………………………..16
2-2-3-1 انواع مدلهای بهینهسازی…………………………………………………………………………………………………………….17
2-2-4 انواع مدلهای هیدرولوژیکی……………………………………………………………………………………………………………..23
2-3 مدیریت منابع آب………………………………………………………………………………………………………………………………………..25
2-3-1 تعریف مسأله و انتخاب متدولوژی…………………………………………………………………………………………………….25
2-3-2 محدوده مکانی، افق زمانی و مقیاس…………………………………………………………………………………………………25
2-3-3 تمام فرایندهای هیدرولوژیکی…………………………………………………………………………………………………………..25
2-3-4 تعیین داده های مورد نیاز و آماده سازی آنها………………………………………………………………………………….. 26
2-3-5 تشکیل مدل، واسنجی و اعتبار سنجی…………………………………………………………………………………………….26
2-3-6 ارزیابی گزینه های مدیریتی………………………………………………………………………………………………………………27
2-4 مدیریت یکپارچه منابع آب ……………………………………………………………………………………………………………………….27
2-5 انتخاب مدل ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..29
2-5 مدل WEAP …………………………………………………………………………………………………………………………………………32
2-6 پیشینه استفاده از مدل مدیریتی WEAP ……………………………………………………………………………………………34
فصل سوم: مواد و روش
3-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..41
3-2 ابعاد مکانی مسئله ………………………………………………………………………………………………………………………………….41
3-3 حوضه رودخانه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….43
3-3-1 رودخانه گاماسیاب ……………………………………………………………………………………………………………………….43
3-3-2 رودخانه خرمرود ………………………………………………………………………………………………………………………….44
3-3-3 رودخانه دینور ……………………………………………………………………………………………………………………………..44
3-4 داده های هیدرولوژیکی ………………………………………………………………………………………………………………………….45
3-4-1 ایستگاههای حوضه ……………………………………………………………………………………………………………………..46
3-4-1-1 ایستگاه پلچهر ………………………………………………………………………………………………………………..46
3-4-1-2 ایستگاه دوآب ………………………………………………………………………………………………………………….46
3-4-1-3 ایستگاه آران ……………………………………………………………………………………………………………………47
3-4-1-4 ایستگاه پلحاجی آباد …………………………………………………………………………………………………….47
3-4-1-5 ایستگاه حیدر آباد ………………………………………………………………………………………………………….47
3-4-1-6 ایستگاه پیرسلمان ………………………………………………………………………………………………………….47
3-4-1-7 ایستگاه کله جوب ………………………………………………………………………………………………………….47
3-4-2 دبی رودخانه …………………………………………………………………………………………………………………………….48
3-4-3 تبخیر ……………………………………………………………………………………………………………………………………….50
3-5 سدهای حوضه ……………………………………………………………………………………………………………………………………50
3-6 تقاضای آب …………………………………………………………………………………………………………………………………………53
3-6-1 نیاز کشاورزی …………………………………………………………………………………………………………………………..53
3-6-2 نیاز صنعت ……………………………………………………………………………………………………………………………….54
3-6-3 نیاز شرب …………………………………………………………………………………………………………………………………55
3-6-4 نیاز زیست محیطی …………………………………………………………………………………………………………………56
3-7 واسنجی و اعتبار سنجی مدل …………………………………………………………………………………………………………..56
3-7-1 گام زمانی ………………………………………………………………………………………………………………………………..56
3-7-2 واسنجی مدل ………………………………………………………………………………………………………………………….57
3-7-3 اعتبار سنجی مدل ………………………………………………………………………………………………………………….58
فصل چهارم: بررسی سناریوهای مختلف
4-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………..64
4-2 سناریوی 1 …………………………………………………………………………………………………………………………………..64
4-2-1 سناریوی 1 الف …………………………………………………………………………………………………………………65
4-2-2 سناریوی 1 ب …………………………………………………………………………………………………………………..66
4-3 سناریو 2 ………………………………………………………………………………………………………………………………………67
4-3-1 سناریو 2 الف …………………………………………………………………………………………………………………….67
4-3-2 سناریو 2 ب ………………………………………………………………………………………………………………………69
4-4 سناریو 3 ……………………………………………………………………………………………………………………………………..70
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………..74
5-2 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………74
5-3 پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………………….75
منابع ……………………………………………………………………………………………………………………..77
پیوست …………………………………………………………………………………………………………………………………………….80
فهرست اشکال
شکل صفحه
فصل دوم: پیشینه تحقیق
شکل 2-1 نمونه شبکه گره یال در نرمافزار WEAP …………………………………………………………………………………………..14
شکل 2-2 گستره مدلهای شبیهسازی از دادهگرا تا فرایندگرا……………………………………………………………………………..15
فصل سوم: مواد و روش
شکل 3-1 موقعیت حوضه گاماسیاب …………………………………………………………………………………………………………………….42
شکل 3-2 طرح شماتیک رودخانه و ایستگاههای حوضه ………………………………………………………………………………………45
شکل 3-3 میانگین سالانه دبی عبوری در ایستگاه پل چهر ………………………………………………………………………………….49
شکل 3-4 مقایسه دبی شبیه سازی شده با دبی اندازگیری شده …………………………………………………………………………58
شکل 3-5 درصد زمانی حجم سد آناهیتا (کبوترلانه) در ضرایب مختلف نیازها ………………………………………………….59
شکل 3-6 درصد زمانی حجم سد بیستون در ضرایب مختلف نیازها ………………………………………………………………….60
شکل 3-7 درصد زمانی حجم سد قشلاق در ضرایب مختلف نیازها …………………………………………………………………….61
شکل 3-8 درصد زمانی حجم سد جامیشان در ضرایب مختلف نیازها ………………………………………………………………..61
شکل 3-9 مقایسه نمودار درصد زمانی حجم سدهای حوضه در حالت پر یا خالی……………………………………………62
فصل چهارم: نتایج
شکل 4-1 طرح شماتیک سناریو 1 ……………………………………………………………………………………………………………………..64
شکل 4-2 نمودار درصد زمانی حجم سد بیستون در سناریو 1 الف …………………………………………………………………..65
شکل 4-3 مقایسه نمودار درصد زمانی حجم سد بیستون در سناریو 1 الف و ب ……………………………………………..67
شکل 4-4 درصد پوشش نیازهای حوضه در سناریو 2 الف ………………………………………………………………………………..68
شکل 4-5 نمودار درصد زمانی حجم سدهای حوضه گاماسیاب سناریو2 الف …………………………………………………..69
شکل 4-6 مقایسه نمودار درصد حجم سد بیستون در دو حالت سناریو 2 ……………………………………………………….70
شکل 4-7 درصد پوشش نیازهای حوضه ……………………………………………………………………………………………………………71
شکل 4-8 حجم پوشش نیافته نیازهای حوضه در سناریو 3 ……………………………………………………………………………..71
فهرست جداول
جدول صفحه
فصل سوم: مواد و روش
جدول 3-1 مشخصات فیزیوگرافی دشتهای مطالعاتی رودخانه گاماسیاب ………………………………………………………..43
جدول 3-2 مشخصات جغرافیایی ایستگاههای حوضه ……………………………………………………………………………………………48
جدول 3-3 میزان تبخیر از سطح آزاد در محل ساختگاه سد ……………………………………………………………………………….50
جدول 3-4 مشخصات سدهای حوضه ……………………………………………………………………………………………………………………53
جدول 3-5 متوسط مصرف سرانه شهری کل محدوده طرح …………………………………………………………………………………55
جدول 3-6 میزان نیاز زیست محیطی (مترمکعب بر ثانیه) ………………………………………………………………………………….56
فصل چهارم: نتایج
جدول 4-1 درصد اعتماد پذیری در پوشش نیازهای سد های حوضه سناریوی 2 ……………………………………………..68
فصل اول
کلیات
1-1 مقدمه
تامین آب تمیز مبنای اصلی استفادۀ پایدار از منابع طبیعی است. در سال 1940 حجم آب تمیز مصرفی جهان 1500 کیلومتر مکعب در سال بوده است حال آنکه در سال 2000 این مقدار به 5000 کیلومتر مکعب در سال رسیده است. تعداد کشورهایی که با بحران آب مواجه هستند از 7 کشور در سال 1955 به 20 کشور در سال 2000 رسیده اند و این تعداد به 34 کشور در سال 2025 خواهند رسید. اصلی ترین موضوعات جهانی در قرن 21 عبارتند از امنیت غذایی و کیفیت محیط زیست که هر دو موضوع به مدیریت حوزه های آبخیز بستگی دارند. همچنین محدودیت منابع، رشد جمعیت، خصوصیت روان بودن آب، فعالیتهای اقتصادی و به تبع آن رشد تقاضای آب باعث شده است که خصوصیات هیدرولوژیکی حوضه آبریز، خصوصیات اقتصادی-اجتماعی ذینفعان و خصوصیات زیست محیطی رودخانه بیش از پیش به هم پیوسته گردند. به همین علت امروزه اثرات یکی بر دیگری در فاصلهای نزدیکتر و زمانی کوتاهتر نمودار گشته و در بلند مدت روند عرضه و تقاضای آب در حوضه آبریز را دچار تغییرات شدیدتری مینماید. عدم توجه به تعامل خصوصیات هیدرولوژیکی، اقتصادی-اجتماعی و زیست محیطی، تخصیص آب به متقاضیان را با محدودیت مواجه می کند. از این رو جهان با معضلات فزاینده ای در زمینه بهبود کیفیت آب و تامین تقاضای روبه رشد آن، مواجه است.
1-2 مصارف آب
استفاده از آب به دو دسته عمده تقسیم میگردد:
- استفادههای مصرفی آب (آبیاری کشاورزی، صنعتی و شهری)
- استفادههای غیر مصرفی آب (برق آبی، تفریحی و زیست محیطی)
در کشورهای جهان از بین استفادههای مصرفی آب، آبیاری بیشترین سهم را داراست (حدود 70% که این مقدار در ایران حدود 92% میباشد)[1]. این درحالی است که با رشد جمعیت علاوه بر مصارف آبیاری، نیاز مصارف شهری و صنعتی نیز در حال افزایش است. این مسئله سبب رقابت بین مصرف کنندگان شده، که تبعاً نیازمند راهکارهای جدیدی جهت مدیریت عرضه آب است. علیرغم توسعۀ تکنولوژی و تکنیکهای کشاورزی، در بسیاری از مناطق جهان تولید مواد غذایی و رشد جمعیت نه تنها همگون نیست (تعدادی از کشورهای آفریقایی)، بلکه حتی با افزایش درخواست مواد غذایی مواجه هستیم. اگرچه نقش عوامل مدیریتی و سیاسی در تأمین مواد غذایی انکار ناپذیر است، اما تنزل کمیت و کیفیت منابع خاک و آب دلیل اصلی کمبود مواد غذایی است. با توجه به اینكه آب یكی از نهادههای تولید اكثر بخشهای اقتصادی است، مقدار تولید و شاخص های اقتصادی-اجتماعی وابسته به آن، مانند؛ اشتغال نیروی كار، درآمد حاصل از فروش تولیدات و ارزش افزوده تولید، عرضه كمی و كیفی آب را با محدودیت مواجه میكند.
سیاستگذاران و تصمیم گیران زمینه تخصیص آب با توجه به بهم پیوستگی خصوصیات هیدرولوژیكی، اقتصادی-اجتماعی-زیست محیطی، و برای پرهیز از اشتباه در تصمیمگیری سعی میكنند اولویتهای لازم را برای لحاظ این به هم پیوستگی، در تحلیل سیاستها و ارزیابی دقیقتر اثرات آنها اعمال نمایند. به همین علت رویكرد برنامه ریزی مبتنی بر مدیریت عرضه[1] كه با هدف بیشینه سازی عرضه آب برای تقاضاهای آبی عمل میكند، امروزه به رویكرد مدیریت توامان عرضه و تقاضای[2] آب تبدیل میگردد.
1-3 مدیریت جامع منابع آب
مفهوم مدیریت جامع منابع آب در دهه ۸۰ قرن بیستم میلادی در پاسخ به مشكلات مدیریت آب مطرح گردید. در مدیریت جامع منابع آب به جای بهره گیری از روش قدیمی مدیریت از بالا به پایین یا به عبارت دیگر برنامه ریزی جامع آب كه در آن تمركز بر روی موجودیت آب و توسعه منابع است، از روش جدیدتر مدیریت از پایین به بالا یا به عبارت دیگر برنامه ریزی جامع سیاستهای آب كه در آن اندركنش موجود بین بخشهای مختلف نیز دخیل گردیده است، استفاده می شود.
یکی از نکات اساسی در تعریف و اعمال برنامه ریزی و مدیریت یکپارچه منابع آب، تأکید بر تمرکز برنامه ریزی و مدیریت در مقیاس و سطح حوضه آبریز به عنوان واحد مکانی تحلیل به جای اکتفا به برنامه ریزی مجزا در سطح پروژه های منفرد است. بنابراین پرواضح است که برنامه ریزی تخصیص بهینه منابع آب بین مصارف و محلهای مصرف رقیب نیز بایستی در واحد مکانی و اشل حوضه آبریز صورت پذیرد. در نتیجه مدیریت یکپارچه منابع آب در سطح حوضه آبریز[3] و یا IRBM، موضوعی دارای اهمیت و قابل توجه برای طراحان، برنامه ریزان، مدیران و قانون گذاران حیطه مسائل آب بوده که در آن به موضوع مدیریت سیستمهای آبی بعنوان امری تأثیرگذار در محیط طبیعی و اجتماعی-اقتصادی در برگیرنده آنها پرداخته می شود.
اگر مدیریت یکپارچه منابع آب در حوضه آبریز را به معنای رعایت یکپارچگی و جامعنگری از منظر:
- احتساب و تحلیل تمامی عناصر و المانهای پخش شده در گستره مکانی سیستم با هم و روی هم و در تعامل با هم (Spatial Integrity)
- یکپارچگی تحلیل در گستره زمانی و یا به عبارتی توجه به شرایط هم حال و هم آینده و تغییر پذیری رفتار حوضه در اشل زمانی مناسب و معرف (Temporal Integrity)
- دیدن منابع آب سطحی و زیرزمینی و حتی منابع خاک با هم و در تعادل با هم (Resource Integrity) در کنار مدیریت مصارف به شکل یکپارچه تحت معیارها و اولویت بندیهای مختلف (Demand Management)
- احتساب همزمان اهداف کمی در کنار اهداف کیفی (Quantity-Quality Integrity)
- پذیرش و لحاظ کردن تعدد اهداف تأمین آب، تولید برق، کنترل سیلاب، حفظ اکولوژی و محیط زیست (Multi-Objective Aspects)، ضمن توجه به ملاحظات اقتصادی-اجتماعی و مناسبات اداری و سازمانی (Institutional Aspects) در سطح حوضه آبریز
بدانیم، طبیعتا بایستی در جستجوی آندسته از روشها و مدلهای ریاضی و تحلیل سیستمی باشیم که قابلیت و سنخیت بیشتر در احتساب جنبه های پنجگانه فوق از مدیریت یکپارچه را دارا میباشند. اصولا با گسترش افق دید و تحلیل از برنامه ریزی برای یک طرح و پروژه مضوعی و محلی خاص به برنامه ریزی در سطح و اشل بسیار بزرگتر نظیر کل حوضه آبریز و حتی برهمکنش آن با حوضه مجاور، هدف اصلی استفاده از یک رویکرد مبتنی بر یکپارچهنگری و تبع تحلیل و مدلسازی یکپارچه، آنهم با پتانسیل یکپارچهنگری از جنبه های مختلف اشاره شده در بالا و نه صرفا جنبه مکانی آن است. این خصوصیت مهم واقعیتی است که متدولوژی و روشهای تحلیل و مدلسازی متعاقب آن خود بخود بایستی در برابر آن پاسخگو باشند. بنابراین توانایی در برآوردن نیاز فوق است که مبنای انتخاب متدولوژی و روشهای تحلیل سیستمی مؤثر و سپس مدلها و بستههای نرمافزاری توسعه یافته بر اساس این روشها در برنامه ریزی تخصیص آب در سطح حوضه آبریز خواهند بود. که این تحقیق در راستای اعمال اصول فوق در سطح حوضه آبریز گاماسیاب انجام میپذیرد.
[1] Supply management
[2] Supply-demand management
[3] Integrated River Basin Management
تعداد صفحه : 110
قیمت :14700 تومان
