۲-۱۴- عدم بهره‌برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی:
این مساله خصوصاً در مورد منابع آب زیرزمینی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در صورت بهره‌برداری بی رویه از منابع آب زیرزمینی تخریب این منابع و افت آب‌های زیرزمینی را بدنبال خواهد داشت.در برخی از موارد آب‌های‌ زیرزمینی بدلیل ناکافی بودن آبهای سطحی الزاماً به عنوان منابع تکمیلی بصورت تلفیقی مورد استفاده قرار میگیرند.
ورود زه آب‌ها و پساب‌ها به منابع آب شیرین باعث کاهش ظرفیت خودپالایی آنها شده و در نتیجه قابلیت خود را برای مصارف گوناگون از دست داده و عملاً از حیض انتفاع خارج میشوند. البته در دیدگاه سنتی به مقوله اندرکنش مولفه‌های مختلف سیکل هیدرولوژیکی در تدوین سیاست‌های بهره‌برداری تلفیقی کمتر توجه گردیده است.^[۲۴]

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

اما مطالعات موردی رودخانه زاینده‌رود و آبخوان لنجانات، نشان از یک اندر کنش کمی و کیفی بین منابع آب سطحی و زیرزمینی بوده ولذا هر گونه نگاه مستقل به آنها در تدوین سیاست‌های بهره‌برداری جامعیت و دقت نتایج را کاهش خواهد داد.
به عنوان نمونه نتایج، شکل زیر، آورد بالادست رودخانه (ایستگاه پل کله) و مقادیر حجم آب در پایین دست رودخانه در ماه متناظر را نشان می‌دهد. در برخی از ماه‌ها مقدار آورد بالادست کمتر از حجم آب رها شده در پایین دست بوده که دلیل این امر را میتوان تغذیه رودخانه از آبخوان جستجو نمود .از این رو میزان آن بیش از حجم آبی می‌باشد که از رودخانه وارد آبخوان گردیده و درنهایت باعث گردیده که حتی پس از تخصیص آب به بخش‌های مصرف کننده از رودخانه، حجم آب باقی‌مانده بیش از آورد اولیه گردد .دشواری تأمین آب در ماه‌های دی، بهمن و اسفند به علت کمبود آورد رودخانه از اهمیت بسزایی برخوردار می‌باشد (هاشمی:۱۷۹، ۱۳۸۵)

نمودار(۲-۲) : نتایج مدل بهینه‌سازی در مورد تغییرات حجم ماهانه آب در پایین دست و بالادست رودخانه زاینده‌رود
۲-۱۵- چالش‌ها و فرصت‌ها در استفاده از مدل‌های بهینه‌سازی در مدیریت منابع آب:
یکی از مؤلفه های مدیریت منابع آب بهره وری بهینه از منابع موجود می باشد که کاربرد مدل‌های بهینه‌سازی به عنوان ابزار کارآمدی در این راستاست. ^[۲۵]
انواع مدل‌های بهینه‌سازی تکاملی، قطعی و غیرقطعی، استاتیک و دینامیک و خطی و غیرخطی در مدیریت منابع آب میتواند مورد استفاده قرار گیرد وهرکدام آنها ذیلاً توصیف شده است.
۲-۱۶- ابزارکاراز طریق کاربرد فنآوری های مرتبط باسیستم‌های اطلاعات جغرافیایی:
ارزش داده‌ها و اطلاعات و اهمیت استفاده سریع از آنها برای تجزیه وتحلیل، طراحی و اجراء پروژه ها از یکسو وکاربرد آنها درآموزش و ترویج از سوی دیگر کمک شایان توجهی به مدیریت منابع آب به وجود آورده است.
گسترش فناوری اطلاعات،فضای نوینی را برای گسترش ابزارهای تحلیلی، برنامه‌ریزی و مدیریت سیستم‌های منابع آب فراهم نموده یا بتوان ازآنها بهره وری بهتر رانمود.^[۲۶]
روش سنجش ازدور و سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی قابلیت شناسایی متغیرهای کمی و کیفی را داشته ودارای توانمندی برای اندازه‌گیری پارامتر های مرتبط با آنها و روابط میانشان را میتوان تفسیر نمود. لذا استفاده ازحسگرهای موجود در ماهواره‌ها می‌تواند داده های مرتبط با رطوبت خاک، پوشش برف و محدوده گسترش سیلاب را که در مدیریت منابع آب اهمیت بالایی دارند حاصل نمود .(کارآموز، عراقی‌نژاد۱۶۳، ۱۳۸۴).
سامانه مجهز به GIS (سیستم اطلاعات جغرافیایی) یکی از ابزارهای تحلیلی قدرتمندی است که با استفاده ازآن میتوان برای مدیریت زمین، منابع و جغرافیا بطور عام وتولید داده های رقومی وتوابع هم پوشانی بطور خاص اشاره نمود. (کارآموز، عراقی‌نژاد:۱۶۴، ۱۳۸۴).
امروزه گونه های پیشرفته را میتوان درتحلیل های هواشناسی (محاسبه و ترسیم خطوط هم‌باران، هم‌تبخیر، هم‌دما و …) ومطالعه آب‌های زیرزمینی (خطوط هم‌عمق، هم‌شوری، هم‌آلودگی و خطوط جریان‌های زیرزمینی و …) استفاده برد.(قدرتنما:۷۹، ۱۳۷۲).
بهره گیری از این سیستم ها که دارای توانمندی در پیش بینی و هشدار سیلاب هستند به عنوان روش‌های شاخص مدیریت غالباً گره گشایی مشکلات هیدرولوژیکی بوده وبه دلیل توانمندی پیش گیرانه خسارت سیل را بطور قابل توجهی کاهش میدهند. این سامانه متشکل از تجهیزات اندازه‌گیری اطلاعات هواشناسی و هیدرومتری، تجهیزات سخت‌افزاری (سیستم‌های جمع‌ آوری، انتقال و پردازش اطلاعات) و تجهیزات نرم افزاری (بانک اطلاعاتی، پردازش‌گر‌های داده‌ها، مدل‌های پیش‌بینی سیل (مدل‌های بارش- رواناب و مدل‌های روندیابی سیل و مدل‌های نمایشی و ارتباط با کاربر سیستم) می‌باشند.
شکل (۲-۳): نحوه ارتباط اجزاء مختلف سیستم هشدار سیل^[۲۷]
۲-۱۷- شناخت و کمی کردن عدم قطعیت‌ها و نحوه برخورد با آنها:
تعدد مؤلفه‌های تاثیرگذار و تاثیرپذیر از سامانه منابع آب وقطعی نبودن نتایج شبیه سازی در این سامانه ها فراهم نمودن ابزارهای مناسب برای سهولت در فرایند تصمیم سازی را الزامی می نماید. ^[۲۸]
این یکی از موارد حائز اهمیت بوده که کمی کردن ومدل سازی عوامل سازنده عدم قطعیت را بیش از پیش در اولویت برنامه ریزی مدیریت منابع آب قرار می دهد. گسترش دانش بشری و شناخت هرچه بیشتر ابعاد مختلف پدیده‌های آبشناسی، زیست‌شناسی و اکولوژیکی هر چند منجر به شناخت صد درصد و رفع عدم قطعیت‌ها نگردیده است، اما تاحد بسیار زیادی چگونگی نگرش به این پدیده‌ها را بهبود بخشیده است.
از جمله عوامل اصلی عدم قطعیت در منابع آب پارامترهای فیزیکی، هیدرولوژیکی، نیاز آبی، فعل و انفعالات کمی و کیفی در مسیر جریان آب، فرضیات در برآورد پارامترها و محاسبات و نیز عدم قطعیت‌ در پیش‌بینی‌ها می باشند. علاوه بر عدم قطعیت‌ها، عدم صراحت‌های ناشی از وجود ابهام در تعریف و تعیین حد و مرز تغییرات یک متغیر از دیگر عوامل موثر در نتایج مدل‌های بهینه‌سازی است. به عنوان مثال هرچه پیش‌بینی ورودی به یک سد دقیق‌تر بیان شود، احتمال وقوع آن کمتر خواهد بود اما اگر پیش‌بینی محتمل به صورت یک بازه ارائه شود، احتمال وقوع در این بازه تا حدی بیشتر خواهد بود. ^[۲۹]
به عنوان نمونه، بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهند که عوامل اقلیمی نظیر بارندگی، رطوبت، درجه حرارت، سرعت باد، ساعات آفتابی و میزان تشعشع خالص در میزان نیاز آبی خالص گیاهان تأثیر گذار بوده که از این رهگذرند که منجر به تغییرنیازآبی گیاهان در دوره های متفاوت زمانی می‌گردد. عامل عدم قطعیت در نیاز را اکثر مدل های بهره برداری لحاظ ننموده شکل (۲-۴) در صورتیکه تغییرات نیاز آبی می تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای در کارایی سیاست های بهره‌برداری در کشاورزی باشد.
نمودار (۲-۴) تغییرات نیاز آبی اراضی کشاورزی حاشیه رودخانه زاینده‌رود (۱۳۴۹-۱۳۷۵)
روش‌های جدید انعطاف پذیر شیوه های نگاه به عدم صراحت‌ها را بهبود بخشیده وشامل سازوکارهایی است که بررسی وضعیت منابع آب را در شرایط عادی و اضطراری با در نظر گرفتن عدم قطعیت ها، در زمان واقعی امکان پذیر می کند. (کارآموز،زهرایی:۴۱، ۱۳۸۹)
مدل‌های ساخت اطلاعات مصنوعی چون ARIMA، مدل‌های بهره‌برداری از مخزن مبتنی بر تئوری تصمیم‌گیری بیز (BSDP)، استفاده از سیگنال‌های بزرگ مقیاس اقلیمی در پیش‌بینی دراز مدت بارش و رواناب و استفاده از تئوری مجموعه‌های فازی ازجمله ابزارهای انعطاف پذیری هستند که میتوان به آنها اشاره نمود که این مدل‌ها را میتوان بطور گسترده در برنامه ریزی منابع آب مورد استفاده قرار داد
۲-۱۸- شناخت پویایی‌ها و مجانب‌های رشد سیستم:
پویایی‌های سیستم درک پیچیدگی‌های آنهارا آسانتر نموده ودرتجزیه و تحلیل رفتار اجزای سیستم مورداستفاده قرار می گیرد. بهره‌گیری ازاین شیوه میتواند مسائل ساده و پیچیده را مدل‌سازی کرد و تغییر ناشی از تعامل متغیرها و رفتار آتی آنها را در دوره‌های زمانی مختلف شناسایی و مورد بررسی قرار دهد^[۳۰]. مشخص کردن مجانب‌های رشد در آن سیستم یا منطقه از جمله نکات مهم در تحلیل پویایی‌های سیستم می‌باشد. مجانب‌های رشد سیستم در تعیین آستانه‌های تغییرات مختصات سیستم و یا به عبارتی محدودیت‌های توسعه سیستم تأثیر گذارند.
درصورتی مختصات سیستم فراتر از مجانب‌های رشد قرارمی گیرد که بتواند با فراهم نمودن منابع و امکانات خارج از سیستم یا منطقه این مجانب را افزایش دهد.امروزه استفاده ازمدل‌های نوین شبیه‌سازی و مدل های بازیافتی منابع آب وکاربردشیوه های مدیریت تقاضا از یکسو و انتقال منابع از سوی دیگرامکان جابجایی این مجانب‌ها فراهم شده است. ^[۳۱]
مدل‌های شی‌گرا در زمره مدل های شبیه سازی توسعه یافته هستند که قابلیت مدل سازی پویایی‌ سیستم و منحنی‌های رشد سیستم را دارا می‌باشند. این روش امکان شبیه‌سازی واقعی‌تر از سیستم را با در نظر گرفتن شرایط فیزیکی مؤلفه‌های مختلف آن فراهم می‌کند و از این طریق دریچه جدیدی را در مسائل بهینه‌سازی منابع آب می‌گشاید. مدل های شی گرا دارای امکانات گرافیکی کاربردی بوده بگونه ای که قادر خواهند بود بسته به شرایط و نیاز کاربر گزینه های متفاوتی را برای بهره برداری بهینه از منابع آب را بطور مؤثری به تصمیم گیرندگان ارائه نماید^[۳۲].
شکل( ۲-۵ ):مدل شبیه‌سازی سیستم منابع آب جنوب تهران با بهره گرفتن از برنامه‌ریزی شی‌گرا
شکل( ۲-۵) ،‌ یک نمونه ازمدل شبیه‌سازی است که با بهره گیری از شیوه های برنامه‌ریزی شی‌گرا و با بهره گرفتن از نرم‌افزار Stella خاص رژیم های رودخانه ای و کانال‌های جنوب تهران تهیه شده را نشان می دهد. هدف از این مطالعات بررسی امکان‌ احداث کانالی است که آورد رودخانه‌هایی را که دارای مشکلات کیفی هستند، پیش‌ از ورود به اراضی کشاورزی به اماکن اختصاصی تصفیه انتقال داده تا پس از آن به منظور تأمین نیاز آبی اراضی کشاورزی در منطقه فشافویه مورد بهره برداری قرار گیرد .(کارآموز و زهرایی:۴۵، ۱۳۸۸)
شکل(۲-۵) ارتباط معنی‌داری بین نیازها و ظرفیت‌های سیستم منابع آب جنوب تهران شامل مخازن ذخیره آب (مخزن عموک بالا و فشافویه)، برکه‌های تصفیه فاضلاب، اراضی کشاورزی (اسلامشهر، قلعه‌نو، کهریزک، ورامین و فشافویه) و رودخانه‌ها و کانال‌های انتقال آب در منطقه (کن، بهشتی، نعمت‌آباد، یاغچی‌آباد، آب‌سیاه، فیروز آباد و سرخه‌حصار) با ظرفیت و مسیر پیشنهادی برای تأسیس کانال انتقال آب ایجاد شده است.
۲-۱۹- مدیریت جامع منابع آب:
هدف از مدیریت جامع منابع آب، ایجاد یک رژیم مدیریتی برای آشتی دادن مدیریت چند جانبه منابع آب با عناصر زیست محیطی در تصمیم‌گیری‌های تخصیص و توسعه منابع آب با مشارکت بخش های متفاوت صورت میگیرد. در این ارتباط شناخت مؤلفه‌ها و عدم قطعیت‌های آنها،ارتباطات بین مؤلفه‌ها و اثرات مستقیم وغیرمستقیم بین مؤلفه‌ها اهمیت داشته تا از طریق برنامه ریزی برای یک مؤلفه، بخش های دیگر سیستم تحت تاثیر قرار ندهد. (کارآموز، ۱۳۷۸).
در مدیریت جامع منابع آب ترکیبی از استراتژی‌ها وخط ومشی های متفاوت وآنچه مرتبط با ذخیره انتقال ،صرفه‌جویی در مصرف ، مدیریت فشار و نشت در شبکه‌های توزیع ، افزایش میزان تامین آب و تغذیه آبخوانها با عنایت به عدم قطعیت‌های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و سازه‌ای باید مد نظر باشد (Plate and Duckstein, 1988).
شکل زیر چگونگی ساختار مدیریت منابع آب را نشان داده است.
شکل(۲-۶): ساختار مدیریت جامع منابع آب (برگرفته از ۱۹۸۸ Delf Hydraulics)
اگرچه برخی اثرات غیرمستقیم دارای تأخیر زمانی بوده و ماهیت ویژه آنها به سهولت قابل سنجش نمی‌باشد، بخاطر داشتن تأثیرات آنها می‌تواند در انتخاب گزینه‌های برتر و رد گزینه‌های تضعیف کننده سیستم می تواند تأثیر گذار باشد.^[۳۳]
پس از شناسایی تمامی مؤلفه‌ها و ارتباطات آنها و در نظر گرفتن اثرات مستقیم و غیر مستقیم ناشی از حالات متفاوت مدیریت منابع آب، مدل بهره‌برداری بهینه با توجه به هدف و یا اهداف مورد نظر در مدیریت جامع منابع آب تدوین میگردد. با توجه به ماهیت چند منظوره گزینه‌های مورد نظر و اهداف تعیین شده مدل بهینه‌سازی را میتوان تعیین نمود باوجود اینکه ابعاد مساله مورد نظردر تعیین نوع مدل بکار گرفته شده تاثیر گذار می باشد.
۲-۲۰- توسعه مدل‌های بهره‌برداری در ایران:
در ادامه به برخی حرکت‌های بنیادی در جهت تدوین مدل‌های بهره‌برداری و سیستم‌های پشتیبانی در تصمیم‌گیری در ایران پرداخته می‌شود.
۲-۲۰-۱- مدل بهره‌برداری از سدهای تهران:
مدل بهره‌برداری از سدهای کرج، لتیان و لار با هدف تدوین خط ومشی ها تخصیص و مدیریت آب برای بخش های متفاوت شرب شهری، کشاورزی در اراضی آبخوار ورامین، کرج و مازندران با بهره گرفتن از مدل‌های پویای غیرقطعی به جای منحنی فرمان بکار گرفته شد.یک مدل ریاضی به منظور کالیبر اسیون مدل‌ها و پیش‌بینی آوردهای ماهانه بر اساس میزان ریزش‌جوی، جمع آوری سیلاب‌های لحظه‌ای، پیش بینی تغییرات حجم مخزن بدلیل ورود رسوبات، تدوین سیاست‌های بهره‌برداری در دوره‌های خشکسالی و سیلابی و پیش‌بینی نیازهای آینده مبنای چنین مدلی می باشد . یک سیستم پشتیبانی برای ایجاد ارتباط بین کاربر و مُدل در تصمیم‌گیری استفاده شده است.شکل زیر ،یکی از پنجره های سیستم DSS را در بهره برداری از سه سد نشان میدهد.
شکل(۲-۷): شماتیک سه سد کرج، لار و لتیان در DSS سدهای تهران
۲-۲۰-۲-افزایش توانایی بهره‌برداری از سد بوکان:
سد بوکان یکی از سازه های احداث شده بر روی زرینه‌رود بوده که مشکلات سازه ای و هیدرولیکی آن بعنوان چالش های عمده در مدیریت مهار سیلاب وتأمین آب مورد نظر آبران کشاورزی بوده است . بهره‌برداری کامل از این سد، از زمان تأسیس به علت بروز نارسائیهای فنی مهندسی نظیر صدا و لرزش دریچه‌های آبیاری هنگام بازشدگی بیش از ۳۵% دریچه‌ها، دچارمشکلات عدیده ای شده است که عملکرد مخزن را با اختلالات مواجه نموده است که اختلالات هیدرولیکی تونل و دریچه‌های تخلیه این سد با یک سلسله اصلاحات حل گردید. علت آن ،عدم نصب توربین‌های طراحی شده، انسداد مسیر جریان آب وبروز پدیده هیدرولیکی موسوم به ضربه قوچ بوده است . برای برون رفت از این وضعیت طول لوله‌های منتهی به موقعیت توربین‌ها افزایش داده شد تا از این طریق، ظرفیت‌ اسمی تخلیه دریچه‌ها دوچندان گردیده و سیستم DSS بهره‌برداری از این سد نیز معرفی شد که براساس آن برآورد نمودن نیازهای کشاورزی بعنوان مؤلفه اصلی بهره‌برداری تلقی شد.در این سامانه داده های مورد نیاز نظیر اطلاعات هواشناسی، هیدرولوژی، مشخصات فیزیکی و خط و مشی های بهره برداری و عملکرد سیستمی در یک بانک اطلاعاتی ذخیره گردیده ، سپس تحلیل‌های آماری، پیش‌بینی جریان ورودی، تدوین خط و مشی های بهینه بهره‌برداری و تخصیص آب به بخش های متفاوت شرب کشاورزی در چند سناریو بعمل آمد.^[۳۴]
۲-۲۰-۳ مدل سدهای کارون و دز:
در این طرح یک سیستم پشتیبانی در تصمیم‌گیری برای بهره‌برداری از مخازن سدهای کارون و دز با نیروگاه‌های برق آبی طراحی گردید. ایجاد پیوند بین دو محور مدل‌های بهره‌برداری از سدها و تأسیسات برق آبی و سیستم‌های پشتیبانی در تصمیم‌گیری برای بهره‌برداری از منابع آب، برای کاربردی‌تر کردن استفاده از مدل‌های پیشرفته بهره‌برداری از تأسیسات برق‌آبی در زمره دستاوردهای این مدل می باشد.
در طرح سیستم رودخانه- مخزن کارون و دز، با درنظر گرفتن سدهای شهید عباسپور و دز که بزرگترین پتانسیل برق آبی کشور می‌باشد، در نظر گرفته شده است. مدل‌های بهینه‌سازی پویای قطعی و استوکاستیک با در نظرگرفتن سدهای سری و موازی برای مدل سازی مورد استفاده قرار گرفت وتأکید مؤکد بر ایجاد انعطاف‌ در سیستم شده است. سامانه مورد نظر از ۴ بخش مدیریت اطلاعات، بهره‌برداری بلند مدت (ماهانه)، بهره‌برداری میان مدت (هفتگی) و بهره‌برداری کوتاه مدت تشکیل شده است.
۲-۲۰-۴- مدل بهره‌برداری از سد پاعلم:
هدف اصلی این طرح بهنگام‌سازی مطالعات مرحله اول این سازه و بازنگری پارامترهای طراحی و نیروگاه سد پاعلم با توجه به تأثیراتی که سد کرخه و سدهای در حال اجرا در بالادست بجا گذاشته اند. طراحی بهره‌برداری بهینه از سد با درنظر گرفتن تولید نیروی برق آبی انجام گرفته است.
۲-۲۰-۵- مدل بهره‌برداری از رودخانه زاینده‌رود:
کارآموز (۱۳۸۱) بهره‌برداری از رودخانه و مخزن زاینده‌رود با همه مؤلفه‌های تأمین و مصرف آب وبا توجه به گزینه انتقال بین حوزه‌ای مطالعه نمود. پس از تعیین نیازهای صنعتی، شرب و کشاورزی بخش‌های مختلف خودپالایی رودخانه را تعیین نمود .سپس الگوریتم‌ها ی مرتبط با عوامل متغییر در سامانه بهره برداری بصورت برنامه‌های بهره‌برداری از مخزن ،تحلیل، پایش وپیش بینی آورده رودخانه واحتمالات خشکسالی فراهم گردیده تا در قالب سامانه پشتیبان درفرآیند تصمیم گیری ارائه گردد. ^[۳۵]
مدل‌های ارائه شده برای شرایط عادی و خاص خشکسالی طبقه بندی گردیدند . درجه‌بندی مخزن سد زاینده‌رود برای مهار سیلابهایی با دوره های بازگشت‌ متفاوت در شکل(۲-۸) مشاهده می شود که بر اساس آن حجم کنترل سیلاب با دوره بازگشتهای متفاوت تغییرات معنی داری را نشان نمی‌دهد.این یافته ها نشانگر حجم جریانها با توجه به توزیع ماهانه احتمال وقوع سیلابها می باشدو پارامترهای متفاوتی در برآورد احجام کنترل سیلاب نشان داده شده است که ظرفیت رودخانه پایین دست و تداوم و حجم سیلابهای بوقوع پیوسته در ماه‌های متفاوت از مهمترین آنها هستند.
شکل(۲-۸):درجه بندی مخزن سد زاینده‌رود برای تحمل سیلابهای با دوره بازگشت‌های مختلف