بخشی از مقاله
بهره برداري بهینه از مخزن سد دوستی با در نظرگیري اثرات توسعه بالادست در کشور افغانستان
چکیده
به علت مغایرت در رژیم آبدهی رودخانه ها با نیاز هاي آبی، احداث سیستم هاي ذخیره اي جهت تنظیم جریانات طبیعی رودخانه ها و تامین نیازهاي آبی، یکی از بهترین شیوههاي استفاده از منابع آب می باشد. متغیر بودن رژیم هاي بارندگی و جریان رودخانه در سالهاي مختلف، اتخاذ یک راهکار مدیریتی مناسب جهت بهره برداري از مخازن سدها را ضروري مینماید. در این تحقیق هدف محاسبه بهره برداري بهینه از مخزن سد دوستی و همچنین دیدن اثر ساخت سد سلما در بالادست این سد است. سد سلما در حوضه هریرود و در کشور افغانستان قرار دارد. مدل سازي حوضه در نرم افزار MODSIM انجام شده و به منظور بهینهسازي این مدل از الگوریتم بهینهسازي زنبور عسل (HBO1) استفاده شده است. در مرحله اول بدون در نظر گرفتن سد سلما حوضه مدل شده است و توسط الگوریتم زنبور عسل بهینه سازي انجام شده و نتایج شامل منحنی فرمان بهرهبرداري از سد دوستی و میزان تأمین نیازها ارائه شده است. در مرحله دوم سد سلما وارد مدل شده و مجددا بهینه سازي انجام شده است. نتایج نشان میدهد که با اضافه شدن سد سلما حجم جریانورودي به سد دوستی به شدت کاهش پیدا خواهد کرد.
کلمات کلیدي: برنامه ریزي تخصیص، منابع آب سطحی، حوضه آبریز، سد دوستی، سد سلما
-1 مقدمه
ایران یک کشور خشک و نیمه خشک، با منابع آب کم و حساس، میباشد. افزایش نیاز به مصرف آب، باعث کاهش نگران کننده سرانه آب قابل دسترس شده است که در حال حاضر براي جمعیت حدود 70 میلیون نفر برابر با 2000 متر مکعب تخمین زده میشود. با توجه به نرخ رشد جمعیت، پیشبینی میشود سرانه آب در سال 2025 به کمتر از 1000 مترمکعب کاهش یابد(.(Abrishamchi & Tajrishy, 2005
میزان مصرف فعلی آب در کشور به شدت در حال افزایش میباشد به طوري که در سال 1400 به حدود 120 میلیارد متر مکعب خواهد رسید. مصارف آب در شهرها به ویژه در شهرهاي بزرگ روند افزایشی ناموزونی داشته است و تقاضا از عرضه رشد بسیار بیشتري دارد. مدیریت یکپارچه منابع آب(IWRM)2 در سطح حوضه آبریز یک مساله داراي اهمیت براي طراحان و مدیران قانونگذار حیطه منابع آب بوده و به موضوع مدیریت سیستمهاي آبی به عنوان امري تاثیرگذار در محیط طبیعی و اجتماعی – اقتصادي در برگیرنده آنها نگریسته می شود. در این راستا، استفاده از ابزار سودمند و موثر براي کمک به پیدا نمودن پاسخ سوالات مطرح در مورد نحوه تخصیص منابع کمیاب آب در بین فعالیتهاي مختلف انسانی و بهینه سازي فرایند تصمیمگیري، امري ضروري مینماید.
یکی از منابع مهم توسعه هر کشوري دسترسی به آب شیرین کافی و مطلوب می باشد. تنها 2/59 درصد از آب هاي روي زمین را آب هاي شیرین تشکیل داده که 0/014 درصد قابل دسترسی و بهره برداري می باشد. با فرارسیدن قرن بیست و یکم، فشارهاي جمعیتی، تقاضاي آبیاري و نیازهاي روزافزون به منابع در سراسر جهان باعث افزایش رقابت براي دستیابی به آب شیرین شده است. از طرفی با توجه به نقش تعیین کننده آب به عنوان یکی از عناصر اساسی در ادامه حیات و توسعه جوامع بشري و همچنین تحولات اخیر در چرخه آب، در طبیعت ناشی از تغییر اقلیم جهانی، مدیریت بهینه منابع آب کشورها با تنگنا و مشکلات جدي روبرو شده و تنش آب در تمام جهان ریشه دوانده است. با توجه به پژوهشهاي صورت گرفته، تغییر اقلیم جهانی به طرق مختلف بر مقدار آب موجود در حوضههاي موجود، در آینده تاثیر میگذارد. لذا نگرانی براي دسترسی به آب کافی براي تامین نیاز هاي جوامع به ویژه در کشورهاي خاورمیانه که با رشد روز افزون جمعیت مواجه می باشند ابعاد فزونتري می گیرد.
در ایران نیز همانند بسیاري از مناطق جهان توزیع نامناسب آب، خاك و جمعیت و همچنین عدم توزیع یکنواخت زمانی و مکانی بارش و نیازها وجود دارد. بر اساس گزارش موسسه World Resources، ایران از جمله کشورهایی است که به لحاظ شاخص منابع آب در زمره کشورهاي آسیب پذیر قرار دارد. در کنار افزایش روز افزون نیاز هاي آبی در کشور، توسعه در بالادست حوضه هاي آبی در کشورهاي همسایه نیز نگرانی را بیشتر میکند.
-2 پیشینه مدل هاي برنامه ریزي مدیریت منابع آب
استفاده از مدلهاي شبیهسازي، که در آنها ابعاد مؤلفهها و سیاستهاي بهرهبرداري از سیستم معلوم است، به منظور مدیریت و برنامهریزي منابع آب امري متعارف بوده است. Maass et al., (1962) به منظور برآورد منافع حاصل از برنامهریزي منابع آب در سطح حوضه آبریز از شبیهسازي استفاده نمودند. Hufschmidt و (1966) Fiering شبیهسازي را به منظور مطالعه مسأله برنامهریزي سیستم رودخانه Rhine در سیستمی چند مخزنه و چند هدفه مورد استفاده قرار دادند. گروه مهندسین ارتش ایالات متحده (The U.S. Corps of Engineers) نرم افزار HEC-5 HEC)، (1979 را به منظور انجام مطالعات کنترل سیلاب و پایداري آبراههها گسترش دادند. Kuo (1985) و Young شبیهسازي استوکستیک را به منظور استخراج سیاستهاي بهرهبرداري تلفیقی براي مخازن Shimen و Feitui بکار بردند. Delft Hydraulics (1991) یک مدل شبیهسازي بنام RIBASIM را به منظور تحلیل برنامهریزي بلند مدت براي منابع- مصارف در تایوان گسترش داد. Chow (1995) با استفاده از فرمولبندي مدل شبیهسازي در یک مدل شبکه، مسأله مدیریت منابع آب براي حوضههاي آبریز Tsenwen و Kaoping در تایوان جنوبی را بررسی نمود.
بطور کلی میتوان گفت که مزیتهاي GA، بعنوان یک روش فراکاوشی، نه تنها در کارایی محاسباتی آن بوده بلکه توانایی آن در حل مسایل غیر خطی و غیر محدب بوده است. Jalali et al., (2006) مسأله بهره برداري بهینه از یک سیستم چند مخزنه را با استفاده از الگوریتم (Ant Colony Optimization)ACO حل کردند. Afshar et al., (2007) الگوریتم (Honey-Bee Mating Optimization) HBMO را براي بدست آوردن قواعد بهره برداري بهینه در مسائل چند مخزنه مورد استفاده قرار دادند. McKinney et al., (1999) مسأله مدلسازي مدیریت جامع منابع آب در مقیاس حوضه آبریز را مورد بازنگري قرار دادند. Cai et al., (2002) یک نوع مدل مدیریت پایدار آب در حوضههاي آبریز با هدف غالب آبیاري را با کاربرد در حوضه رودخانه Syr Darya در آسیاي مرکزي پیشنهاد دادند. همچنین Cai et al., (2003) یک مدل جامع هیدرولوژیکی- کشاورزي- اقتصادي براي مدیریت در سطح حوضه آبریز ارائه دادند که بررسی بیشتري بر روي این تحقیق در فصل ششم صورت خواهد پذیرفت.
-3 معرفی منطقه مطالعاتی
سد دوستی در مرز ایران و ترکمنستان و روي رودخانه مرزي هریرود در 75 کیلومتري شهرستان سرخس در شمال شرق خراسان رضوي احداث شدهاست. رود هریرود 1124 کیلومتر طول دارد که 560 کیلومتر آن در داخل افغانستان جاري است و 60 کیلومتر مرز مشترك میان دو کشور ایران و افغانستان را همین رود تشکیل میدهد. این سد از نوع خاکی با هسته رسی به ارتفاع 78 متر و طول تاج 650 متر میباشد. مخزن این سد داراي گنجایش 250٬1 میلیون مترمکعب میباشد. این سد با همکاري مشترك ایران و ترکمنستان ساخته شده و عملیات اجرایی ساخت آن در سال 1379 آغاز و در فروردین سال 1384 افتتاح گردید. در پشت این سد دریاچه بسیار زیبائی ایجاد شدهاست که هنوز نامی ندارد و اهالی آن را دریاچه دوستی میخوانند. این دریاچه حدود 35 کیلومتر طول دارد و آب آشامیدنی شهر مشهد و آب کشاورزي روستاهاي واقع در منطقه چه در ایران و چه در ترکمنستان را تامین میکند. هدف از ساخت سد دوستی ذخیره سازي و تنظیم آب رودخانه هریرود و تبدیل آب غیردائمی به جریان تنظیم شده به حجم 820 میلیون متر مکعب به منظور استفاده از آن در طول سال، همچنین تامین 150 میلیون متر مکعب در سال آب شرب شهر مشهد از 410 میلیون متر مکعب از سهم سالانه ایران و تامین آب کشاورزي دشت سرخس و ترکمنستان هر کدام به میزان 25000 هکتار که در کنار این اهداف، اهداف سیاسی از جمله تثبیت مرز مشترك ایران و ترکمنستان نیزبوده است.
در بالادست سد دوستی سد سلما در کشور افغانستان ساخته شده است که نشان می دهد میزان قابل توجهی از آب ورودي به سد دوستی را کم می کند. پروژه سد سلما تا سال آینده در افغانستان به بهره برداري کامل میرسد. سد سلما بر روي هریرود در شهر هرات افغانستان قرار دارد. کار آبگیري مخزن اصلی سد سلما ، روز یکشنبه 4 مرداد 1394 آغاز شده است. مخزن اصلی سد سلما با 20 کیلومتر طول و 3 کیلومتر عرض، ظرفیت 640 میلیون متر معکب آب را دارد. پر شدن کامل این مخزن 9 تا 12 ماه را در بر خواهد گرفت. سد سلما پس از پایان آبگیري، علاوه بر تأمین آب مورد نیاز براي بیشتر از 75 هزار هکتار زمین کشاورزي، ظرفیت تولید 42 مگاوات برق را نیز دارا خواهد بود. سد سلما بزرگترین پروژه کشور هندوستان براي بازسازي افغانستان است که با ارزش 300 میلیون دلار احداث شده است. احداث سد سلما از پروژههاي بزرگ دولت محمد داوود خان، نخستین رئیس جمهور افغانستان بود که در سال 1976 به کمک هند آغاز شد. روند ساخت این سد که به دلیل درگیريهایی در افغانستان متوقف شده بود، بار دیگر در سال 2005 آغاز شد.
-4 پیادهسازي سیستم و اجراي مدل HBO-MODSIM
دادههاي استفاده شده براي مدلسازي در این تحقیق به شرح زیر میباشد:
سري زمانی مربوط به گره آبدهی حوضه هریرود که به صورت ماهانه و براي یک دوره 40ساله (1350- 1390) می-باشد.
اطلاعات مربوط به گرههاي نیاز مصرفی که نشاندهنده نیازهاي شرب، صنعت و کشاورزي مناطق مختلف حوضه هریرود میباشند. با توجه به این که شبیهسازي یکبار براي شرایط وضع موجود براي صحتسنجی مدل و بار دیگر براي شرایط توسعه یافته (همراه با در نظر گرفتن اثر سد سلما) انجام میشود، این اطلاعات یکبار براي شرایط وضع موجود و بار دیگر براي شرایط توسعه یافته وارد مدل میشوند.
اطلاعات مربوط به گرههاي مخزن که شامل دادههایی مانند: حجم ماکزیمم و مینیمم مخزن، حجم اولیه مخزن، میزان تبخیر از سطح دریاچه مخزن که بهصورت سري زمانی وارد مدل میشوند، و اطلاعات مربوط به سطح، حجم، ارتفاع، میباشند.
