مقاله تاثیرهیدروکلیماتولوژی تغییر اقلیم بر سطوح انرژی سد دز در افق بلند مدت

بخشی از مقاله

خلاصه

در طول چند دهه اخیر شاهد افزایش درجه حرارت، ذوب گسترده یخچالها، بالا آمدن سطح دریا در کل کره زمین بوده ایم. تغییر اقلیم با ایجاد تغییر در پارامترهای هیدرولوژیکی مانند دما وبارش یکی از اصلیترین عوامل ایجاد کننده این مشکلات شناخته میشود. محدودیت منابع آبی و رشد جمعیت و بهره برداری بیش تر از آن ، وضعیت منابع آبی را در آینده به خطر انداخته است . توسعه شهرها و صنایع و افزایش تولید گازهای گلخانه ای می تواند موجب دگرگونی در رژیم منابع آبی و در مواردی تشدید سیلاب ها شود. بنابراین، مطالعه و روندیابی این تغییرات در آینده سیستم توسعه ملی به ویژه مدیریت صنعتی ، کشاورزی و اجتماعی دارای اهمیت می باشد و می تواند مورد توجه مسئولان و برنامه ریزان منابع آب در آینده قرار گیرد . در این تحقیق 2 مدل GCMs که در گزارش ارزیابی چهارم IPCC مورد استفاده قرار گرفته اند . برای ارائه روندیابی مناسب در این تحقیق با استفاده از مدل شبکه عصبی - ANN - و میزان آورد رودخانه سطوح انرژی سد دز شامل انرژی پیک و انرژی کل برای افق 2070-2021 برآورد گردید. نتایج پیش بینی ،کاهش انرژی برقابی سد دز را در بلند مدت نشان می دهد.

.1   مقدمه

تغییر آب و هوا یکی از پیچیده ترین مشکلاتی است که بشر درحال حاضر و آینده با آن مواجه خواهد بود. تاکنون محققان بسیاری کوشیده اند تا در تحلیل های خود به تبیین دقیق تأثیر تغییرات اقلیم در زمینه های مختلف بپردازند. از جمله می توان به اثر تغییر اقلیم برکشاورزی، جنگل، هیدرولوژی، منابع آب و ... اشاره نمود. تأثیر تغییر اقلیم بر هیدرولوژی مهم تر از سایر زمینه ها است. با در نظر گرفتن سیکل هیدرولوژیکی، اولین اثر تغییر اقلیم را می توان در این بخش مشاهده نمود و از طرفی، هر گونه تغییر در سیستم هیدرولوژیکی و به تبع آن منابع آب، خود بر سایر جنبه های زندگی انسان تأثیر گذاراست. در میان پدیده های هیدرولوژیک، وقایع حدی مانند سیل، خشکسالی و جریانات کم آبی از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. تا جایی که کاواس و همکاران - 2006 - معتقدند که فراوانی وقوع و بزرگی پدیده هایی مانند سیل و خشکسالی، دارای اثر عمیقی بر قابلیت سکنی گزینی در یک منطقه، همچنین فعالیت های اقتصادی- اجتماعی آن منطقه می باشد. در هیدرولوژی بررسی جریان های کم آبی از چند جهت حائز اهمیت است.[1]

بر اساس گزارش هیأت بین الدول تغییر اقلیم ،به نظر می رسد که بزرگی سیلاب ها و فراوانی آنها در اغلب مناطق در حال افزایش و مقدار جریانات کم آبی در حال کاهش است.به طور کلی بررسی رژیم و ویژگی های جریان های کم آبی منابع آب یک منطقه از جنبه های برنامه ریزی، طراحی، ساخت، نگهداری، استفاده و مدیریت مربوط به ساختارها و سیستم های مختلف مدیریتی دارای اهمیت حیاتی است [2]. اسونتینوویک و ماریسیک - 2008 - . گرچه مطالعات زیادی در زمینه اثر تغییر اقیم بر منابع آب در حوضه های مختلف انجام شده است ولی در زمینه اثر تغییر اقلیم بر جریانات کم آبی و بررسی شاخص های کم آبی تحت اثر تغییر اقلیم در دنیا، مطالعات محدود تری صورت گرفته است. [3] دی ویت و همکاران - 2007 - در مطالعه خود اثر تغییر اقلیم را بر جریان کم آبی در رودخانه میوز مورد بررسی قرار دادند. آنها به منظور بررسی جریان کم آبی از شاخص میانگین دبی تابستانی و حجم تجمعی کمبود جریان فصلی - استفاده کردند و معتقدند که این شاخص های فصلی کمتر به نوسانات ناشی از عوامل انسانی حساس اند. نتایج نشان داد که میانگین تابستانی دبی در دوره آتی به نصف مقدار خود در دوره پایه و حجم تجمعی کمبود جریان فصلی به چهار برابر مقدارخود در دوره پایه خواهد رسید[4]

باجیوس و همکاران - 2010 - نیز در حوزه های آبریز بلژیک اثر هیدرولوژیکی تغییر اقلیم را از جنبه وقایع حدی آن مورد مطالعه قرار دادند. آن ها با استفاده از مدل های اقلیمی11مدل اقلیمی منطقه ای، RCMsو با اعمال دو سناریوی انتشار A2و B2دو متغیر بارندگی و تبخیر و تعرق پتانسیل را برای اواخر قرن بیستم شبیه سازی کردند. آنها در مطالعه خود به بررسی و تحلیل میانگین جریان و وقایع حدی شامل جریان کم آبی و جریان پر آبی پرداختند. اگر نتایج مربوط به شبیه سازی مدل های اقلیمی کاهش بارندگی در تابستان و افزایش آن در زمستان، افزایش دما و تبخیر و تعرق پتانسیل در کل سال به صورت ترکیبی بررسی شود میتوان نتایج حاصل از بررسی فراوانی وقوع جریان کم آبی و جریان پر آبی را تحلیل کرد که نشان از افزایش فراوانی کم آبی در تابستان دارد. از سوی دیگر در زمستان یعنی هنگامی که جریان های پر آبی رخ می دهند، اثر افزایش بارندگی پیشبینی شده ناشی از تغییر اقلیم با افزایش دما و تبخیر و تعرق پتانسیل کاهش می یابد که این ها همه در نتایج مربوط به تحلیل فراوانی وقایع حدی مشاهده شده بود. [5] یکی از مشکلات عمده در استفاده از خروجی مدلهای GCMs در مطالعات ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم در سطوح منطقه ای، بزرگ بودن مقیاس مکانی سلول محاسباتی آنها, نسبت به منطقه مورد مطالعه می باشد - مساح بوانی. - 1385 به طور کلی دو روش برای ریزمقیاس نمائی وجود دارد : آماری و دینامیکی - فوولر و همکاران، - 2007 در این مطالعه از روش آماری - مدل - LARS-WG استفاده شد. یکی از مزیت های مهم روش های آماری ارزانی و ساده بودن آن ها است. مزیت دیگر این روش ها این است که می توانند اطلاعات مربوط به یک منطقه خاص را تهیه کنند که در بسیاری از مطالعات تغییر اقلیم مهم و اساسی است. [6]

مدل LARS-WG یکی از مشهورترین مدل های مولد داده های تصادفی آب و هوا است که می تواند برای شبیه سازی داده های جوی در یک ایستگاه تحت شرایط اقلیم کنونی و آینده استفاده شود. به طور کلی مطابق تحقیقات مختلف ثابت شده است که مدل LARS-WGدر شبیه سازی مقادیر روزانه و مقادیر حدی متغیر های هواشناسی در اقلیم های مختلف به شکل مناسبی عمل کرده است - کیان و همکاران، 2004و - 2008 ؛ - سمنوف و همکاران - 1998 ، - سمنوف،[7]. - 2008 شایان ذکر است در تحقیق دیگری از نویسنده مقاله حاضر پارامترهای هواشناسی دما و بارندگی ماهانه این پارامترها در افق 2021-2070 میلادی در حوضه آبریز رودخانه دز با استفاده از ریزمقیاس نمائی مدل LARS-WG مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آن بود که به طور متوسط میزان افزایش دمای متوسط سالانه برای افق مذکور برابر با 3 درجه سلسیوس پیش بیی می شود. همچنین این تغییرات برای پارامتر بارندگی از 2تا 10 درصد کاهش خواهد داشت .در این تحقیق با استفاده از مدل شبکه عصبی - ANN - میزان آورد رودخانه دز افق مورد نظر برآورد گردید. برآوردها نشان داد کاهش رواناب سالانه بیشتر حاصل کاهش ماههای سرد سال است که با توجه به افزایش ذوب برف نمود قابل توجهی را در آبدهی نشان میدهد . [8]

با توجه به مطالب فوق ملاحظه می شود که مطالعات انجام گرفته همگی حاکی از بروز تغییرات عوامل هیدروکلیمایی با توجه به گرمایش جهانی است. همچنین در این خصوص تحقیقات زیادی انجام گرفته است، اما در بسیاری از این تحقیقات تنها از تعداد محدوی از مدل های GCM و یا سناریوهای انتشار استفاده شده است که ممکن است در برگیرنده همه واقعیت ها نباشد. بنابراین، در تحقیق حاظر تعداد 2 مدل GCM برای تخمین تصویر اقلیمی در دوره 50 ساله 2021-2070مدنظر قرار گرفته است. در این مطالعه، پس از به کارگیری مدل های اقلیمی و استفاده از نتایج پردازش شده آن ها در مدل هیدرولوژیکی انرژی برقابی سد دز برای سال 2021 تا 2070 شبیه سازی شد .
.2  منطقه مورد مطالعه :

حوضه آبریز رودخانه دز به مساحت تقریبی 21739 کیلومتر مربع به مساحت جغرافیایی 48 o 17' تا 50 o 20' طول شرقی و 31 o 17' تا 15' 34 o عرض شمالی با توپوگرافی ویژه محدوده ای از استانهای لرستان ، چهارمحال بختیاری ، اصفهان و خوزستان را پوشش می دهد. برای انجام مطالعه از آمار داده های روزانه و ماهانه ایستگاه سینوپتیک دزفول استفاده شده است. در جدول - 1 - مشخصات ایستگاه مورد مطالعه ارئه شده است . همچنین موقعیت حوضه آبریز و ایستگاه مورد مطالعه در شکل - 1 - نشان داده شده است . همانطورکه در جدول - 1 - ملاحظه میشود متوسط بارندگی این ایستگاه حدود 144 میلیمترو متوسط سالانه دما 24 درجه سیلیسوس می باشد .
.3  روش مطالعه

-1-3 انتخاب مدل های GCM

مدل های گردش عمومی جفت شده اقیانوس-جوو یا AOGCM برپایه قوانین فیزیکی استوار بوده و به وسیله روابط ریاضی ارائه می شوند. این روابط در یک شبکه سه بعدی در سطح کره زمین حل می گردند. بمنظور شبیه سازی اقلیم کره زمین فرایندهای اصلی اقلیمی - اتمسفر - اقیانوس - سطح زمین - یخ پوسته و زیست کره - در مدل های فرعی جداگانه شبیه سازی می شوند. سپس تمام مدل های فرعی مربوط به اتمسفر و اقیانوس با یکدیگر جفت شده و مدل های گردش عمومی اقیانوس- جو - - AOGCM را تشکیل می دهند.

در برنامه های فرعی، جابجائی مومنتوم، گرما ورطوبت در مقیاسهای بزرگ، شبیه سازی می گردند. دقت مکان افقی مدل ها در سطح خشکی های کره زمین 250 کیلومتر و دقت مکانی قائم آن برابر 1 کیلومتر است. درحالیکه دقت مکانی قائم در اقیانوس ها 400 200 متر و دقت مکانی افقی برابر125 تا250 کیلومتر باشد. کمترین مقیاس زمانی برای حل معادلات30 دقیقه است ، درحالیکه فرایندهای فیزیکی زیادی نظیر فرایندهای مربوط به ابرها، اقیانوس ها و مقیاس های زمانی کمتر اتفاق می افتد که نمی توانند به طور صریح مدل شوند. در این حالت به طور تقریبی اثرات میانگین آنها با در نظر گرفتن رابطه فیزیکی مربوط به متغیرهای بزرگ مقیاس ، در مدل لحاظ گردیده و به آن پارامتره کردن - Parameterization - گویند. مدل های AOGCM در چند دهه اخیر با افزایش قدرت کامپیوترها توسعه چشم گیری یافته اند. در گذشته نه چندان دور مدل های AOGCM بسیار محدود بوده و هیأت بین الدول تغییراقلیم - IPCC - تنها با تعداد محدودی از مدلها که با ابررایانه ها اجراء میشدند گزارشهای خود را ارائه میکرد. اما از سال 2007 و برای ارائه گزارش ارزیابی چهارم این ارگان طیف وسیعی از مدل ها ی مذکور و نتایج آنها ارائه گردید. هر یک از این مدل ها از نقاط قوت و ضعف مربوط به خود برخوردار بوده و پاسخ آنها برای نواحی مختلف کره زمین متفاوت است. در این تحقیق برای ارائه تصویر اقلیمی محدوده مطالعاتی در افق 2070 تعداد 2 مدل مورد بررسی و آزمون قرار گرفت.