بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه به دلیل رشد بالای جمعیت و توسعه فزاینده تکنولوژی، بهرهبرداری از منابع طبیعی از جمله آب شیرین به صورت چشمگیری افزایش یافته است. با توجه به عدم مدیریت مناسب، این افزایش تقاضا در بسیاری از نقاط کشور از جمله حوضه آبریز دریاچه ارومیه منجر به ایجاد مشکلات فراوان شده است. به عنوان نمونه دشت سلماس، واقع در این حوضه، با معضلاتی مانند کاهش شدید سطح آب زیرزمینی و نشست عمده زمین مواجه است که نشان از اهمیت توجه به مدیریت منابع آب منطقه دارد.
از جمله روشهای مناسب برای شبیهسازی سیستمهای منابع آب، روش پویایی سیستم است که به دلیل کارایی بالا و سادگی، در تحقیق حاضر مورد استفاده قرار گرفته است. پس از شبیهسازی مدل بهرهبرداری تلفیقی منابع آب سطحی و زیرزمینی منطقه مورد مطالعه، به عنوان نمونه دو سناریوی مدیریتی مختلف - مکانیزه نمودن آبیاری زمینهای کشاورزی و تغییر الگوی کشت - جهت بهبود شرایط منابع آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفتهاند.
حجم آب زیرزمینی در پایان دوره شبیهسازی در حالت ترکیب دو سناریوی مذکور نسبت به عدم اجرای سناریوها، 1782 میلیون مترمکعب افزایش داشته و سفره آب زیرزمینی تقریبا حالت پایدار خود را حفظ کرده است. از مدل توسعه داده شده با رعایت متغیرهای محلی میتوان جهت مدیریت تلفیقی منابع آب دیگر حوضهها نیز استفاده نمود.
1. مقدمه
امروزه به دلیل رشد بالای جمعیت و توسعه فزاینده تکنولوژی، بهرهبرداری از منابع طبیعی به صورت چشمگیری افزایش یافته است. در این بین منابع آب شیرین نیز از این قاعده مستثنی نبودهاند. برداشتهای بیرویه از منابع آبهای زیرزمینی باعث بروز مشکلات فراوان در کشور ما شده است.
یکی از مناطقی که مشکل آبهای زیرزمینی در آن در وضعیت بحرانی به سر میبرد، حوضه آبریز دریاچه ارومیه است که به دلایلی مانند رشد جمعیت، گسترش کشاورزی و اثرات تغییر اقلیم، بهرهبرداری از منابع آبهای زیرزمینی در این منطقه به بیشترین مقدار خود رسیده و این منطقه با کاهش چشمگیر سطح آبخوانها مواجه شده است. لذا نیاز به مدیریت بهینه منابع آب برای این منطقه بیش از پیش آشکار شده است. برای این منظور، سیستم مدیریتی باید روشی جامع برای حفظ هر دو منبع آبهای سطحی و زیرزمینی به طور همزمان باشد.
یکی از روشهای مدیریتی مناسب برای شبیهسازی سیستمهای منابع آب، روش پویایی سیستم است. هدف عمده این روش، مدلسازی سیستمهای پیچیده به صورتی است که اثر پارامترهای مختلف سیستم به سادگی قابل درک باشد، بتوان رفتار سیستم و بازخوردهای موجود در آن را به خوبی مشاهده نمود و نتایج اعمال تغییرات مختلف را پیشبینی نمود. این روش در مقایسه با دیگر روشهای تحلیل سیستم، سادهتر و موثرتر بوده و در شرح سیستم نیازی به استفاده از ریاضیات پیچیده وجود ندارد.
پتانسیل استفاده از روش پویایی سیستم در منابع آب برای اولین بار در دهه90 میلادی توسط لی مطرح شد .[1] سیمونویچ و همکاران برای ارزیابی درازمدت منابع آب و تحلیل سیاستهای اعمالی در حوضه رود نیل در مصر، از روش پویایی سیستم بهره جستند .[2] همچنین سیمونویچ و همکاران از روش پویایی سیستم برای مدیریت به هم پیوسته منابع آب کانادا استفاده نمودهاند. در این تحقیق اندرکنش بین کمیت و کیفیت منابع آب با
1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران- آب دانشگاه تبریز 2 فارغالتحصیل کارشناسی ارشد مهندسی عمران-سازههای هیدرولیکی دانشگاه تبریز 3دانشیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تبریز توسعه اقتصادی، کشاورزی، تولید مواد غذایی، تولید انرژی و غیره برای این منطقه مورد بررسی قرار گرفته است
استیو از روش پویایی سیستم برای شبیه سازی منابع آب شهر لاس وگاس جهت نشان دادن مشکلات آبی این شهر به مردم و سرمایه گذاران استفاده نمود. با استفاده از این روش، مشکلات آبی شهر برای عموم مردم قابل فهمتر میباشد. وی با استفاده از مدل ارائه شده، روابط بین متغیرهای تاثیرگذار بر ذخیره آب موجود را بیان کرده و بازخوردهای رفتار مصرفکنندهها بر مقدار آب موجود را بررسی نمود
هو و همکاران روش پویایی سیستم را برای مدیریت منابع آب در جنوب تایوان به کار بردند. آنها با استفاده از داده های بارش، اطلاعات GIS و دادههای آب زیرزمینی یک مدل بهرهبرداری تلفیقی برای این منطقه توسعه دادهاند تا با استفاده از این مدل نیاز و کمبود منابع آب در این منطقه را برای سال های آتی پیشبینی نمایند .[5] بیل و همکاران مدل پویایی سیستم مشارکتی را جهت ایجاد پیوندی روشن بین علم، سیاستها، دیدگاه جامعه و دانش بومی به کار بردهاند
جهانپور و همکاران از ترکیب مدل نیمه-توزیعی پویایی سیستم با الگوریتم ژنتیک برای توسعه یک روش شبیهسازی-بهینهسازی جدید جهت مدیریت بهرهبرداری تلفیقی منابع آب استفاده کردهاند. در این تحقیق رفتار پویای سیستم ذخیره چرخهای که شامل دو زیرسیستم اصلی آب سطحی و آب زیرزمینی است، با استفاده از روش پویایی سیستم، شبیهسازی شده است
خی و لنگپو با استفاده از مدل پویایی سیستم شهر سنگاپور اثرات بلندمدت طرحهای مختلف سرمایهگذاری را بررسی کرده و به این نتیجه رسیدهاند که سرمایهگذاری در مورد ذخایر آب زیرزمینی یا آبهای سطحی به تنهایی برای خودکفایی در زمینه منابع آب کافی نیست
در ایران نیز مومنی و همکاران با استفاده از روش پویایی سیستم به مدلسازی حوضه زاینده رود پرداختهاند. این مدل شامل حوضه رودخانه، مخزن سد، دشتها، شبکه آبیاری و آبهای زیرزمینی بوده و سیاست بهره برداری نیز بهرهبرداری تلفیقی انتخاب شده است
صلوی تبار و همکاران نیز با استفاده از روش پویایی سیستم مدل منابع و مصارف آب شهری تهران را برای ارزیابی روند این منابع و مصارف مربوطه و همچنین عوامل تاثیرگذار بر آن توسعه دادهاند. همچنین در این مدل مسائلی مانند روند تغییرات بیلان آب در آینده، تاثیر سناریوهایی مانند انتقال بین حوضهای منابع آب و اجرای طرحهای مدیریت فاضلاب و تقاضای آب در نظر گرفته شده است
شفیعی جود و همکاران برای شبیه سازی سیستم منابع آبریز حوضه درهرود از حوضه آبریز رودخانه ارس از روش پویایی سیستم استفاده نمودهاند و به مقایسه و بررسی برآوردگرهای مبتنی بر میانگین و مبتنی بر مقدار بیشینه در کنار نتایج مدلسازی پرداختهاند
در تحقیق حاضر با استفاده از روش شبیهسازی پویایی سیستم، منابع آب سطحی و زیرزمینی دشت سلماس مورد بررسی قرار گرفتهاند. برای مدلسازی نمودارهای دخیره-جریان از نرمافزار ونسیم1 استفاده شده و پس از ایجاد مدل، با توجه به نتایج، اثر دو سناریوی مدیریتی و ترکیب آنها بر پارامترهای منابع آب منطقه بررسی شده و راهکارهای حل مشکلات موجود پیشنهاد شده است.
2. مطالعه موردی
منطقه مورد مطالعه در این تحقیق حوضه دشت سلماس است که از زیرحوضههای دریاچه ارومیه میباشد و در شمال غربی ایران واقع شده است. این دشت خود دارای چهار رودخانه زولاچای،دِریکچای، دیرعلیچای و خرخرهچای میباشد که بر روی دو رودخانه اصلی زولاچای و دریکچای سد خاکی احداث شده است. حجم کل مخزن سد زولا 85 MCM2 و حجم کل مخزن سد دریک - سد مخزنی شهدای تازه شهر - در تراز نرمال حدود 22 MCM است. آورد سالانه - حجم آب تنظیمی - سدهای زولا و دریک به ترتیب برابر 132 MCM و 34 MCM میباشد. این دشت به طور متوسط ارتفاعی در حدود 1340 متر بالاتر از سطح دریا دارد.
اراضی آبی قابل کشت این دشت حدود 30992 هکتار میباشد. میزان کل آب مصرفی برای کشاورزی در دشت حدود 336 میلیون مترمکعب میباشد که مقدار 132 میلیون متر مکعب آن از سد زولا، 34 میلیون مترمکعب از سد دریک و 170 میلیون متر مکعب از آب زیرزمینی تامین میشود. مصارف شرب شهری و روستایی این دشت نیز از منابع آب زیرزمینی تامین میگردد.
حدود 480 هکتار از زمینهای کشاورزی دشت به صورت مکانیزه با راندمان 75 درصد و بقیه به صورت سنتی با راندمان حدود 35 - 30 درصد آبیاری میشوند. از مشکلات به وجود آمده در این منطقه می توان به پایین رفتن سطح آب در آبخوان، نشست زمین، پایین آمدن کیفیت آبهای زیرزمینی، بالا رفتن هزینههای بهرهبرداری از منابع آب - به عنوان نمونه، انجام 96 مورد کفشکنی چاهها در ده سال اخیر - و خشکشدن دریاچه ارومیه اشاره نمود. نشست زمین در این منطقه براساس تحقیقات اخیر حدود 12 سانتیمتر در سال میباشد [12] که این عامل موجب ایجاد مشکلات فراوانی از جمله آسیب به سازههای احداث شده در منطقه میشود.
3. روش تحقیق
پویایی سیستم دارای دو پایه اصلی توجه به عامل زمان و مدل کردن رفتار سیستم درطول زمان - پویایی - و توجه به بازخوردها در هر سیستم - مدلسازی حلقههای بازخوردی - است. برای مدلسازی سیستم پویا در این تحقیق از نرمافزار ونسیم - Vensim DSS - استفاده شده است. هدف اصلی این نرم-افزار جداکردن کاربر از شکل پایه ریاضی و جزئیات زبان مدل سازی بوده، به طوری که بتواند سیستمهای پیچیده را به راحتی مدل و شبیهسازی نماید. برای شبیهسازی سیستم با استفاده از مدل پویایی سیستم، چند گام اصلی باید در نظر گرفته شود که در ادامه شرح داده میشود.
رسم نمودارهای مرجع
دادههای هیدرومتری رودهای موجود در این دشت، نشاندهنده پایین آمدن دبی این رودخانهها در سالهای اخیر است. به عنوان نمونه نمودار رواناب میانگین ماهانه رودخانه زولاچای در شکل 1 نشان داده شده است - خط روند کاهشی در شکل مشخص شده است - . همچنین بررسی داده های آب زیرزمینی، نشاندهنده پایین رفتن سطح آب زیرزمینی در دشت سلماس است.
نمونهای از نمودارهای رسم شده در شکل 2، برای ایستگاه پیزومتری سرای ملک آورده شده است که کاهش حدود 9 متری سطح آب زیرزمینی را در طول 10 سال نشان میدهد. اما میانگین کاهش سطح آبخوان در ایستگاههای پیزومتری مختلف حدود 2/8 متر در طول 10 سال بوده است. در مورد پارامتر تبخیر، بررسی دادهها نشان میدهد که تبخیر در طول دوره آماری افزایش یافته است. همچنین دمای میانگین ماهانه نیز افزایش داشته که نشان از اثرات تغییر اقلیم در منطقه است. در شکل 3 روند افزایشی تبخیر به خوبی قابل مشاهده است.
شکل - 1 رواناب میانگین ماهانه رودخانه زولاچای - ایستگاه چهریق علیا - بین سالهای 1346 تا 1390
شکل - 2 سطح آب زیرمینی در ایستگاه پیزومتری سرای ملک بین سالهای 1380 تا 1390
