بخشی از مقاله
خلاصه
دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران قرار دارد. وجود میانگذر سبب تقسیم آن به دو بخش شمالی و جنوبی شده است که تنها ارتباط دو بخش یک آبگذر 1250 متري می باشد. بدلیل شوري بیش از حد آب این دریاچه مطالعات زیادي جهت بررسی تاثیر این پارامتر بر جریان آب و تغییرات شوري آن در طول سال، انجام گرفته است. در این تحقیق مدلسازي سه بعدي دریاچه توسط نرمافزار Mike3 انجام شده و الگوي مکانی تغییرات شوري براي دو سال آبی تعیین شده است. نتایج شبیه سازي افزایش شوري شمال، نسبت به جنوب را در طول سال نشان می دهد.
.1 مقدمه
دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران و ما بین دو استان آذربایجان شرقی و غربی 24 - کیلومتري شرق ارومیه - واقع است. این دریاچه با مساحت تقریبی 5000 تا 6000 کیلومترمربع با ارتفاع متوسط 1275/6 متر از سطح دریاهاي آزاد یکی از بلندترین و پرآبترین دریاچههاي داخلی و دائمی کشور و بیستمین دریاچه بزرگ جهان به لحاظ وسعت می باشد که بعد از بحر المیت دومین دریاچه شور جهان به حساب می آید. حجم متوسط آن بین 12 الی 33 میلیارد مترمکعب در زمانهاي کمآبی و پرآبی تخمین زده میشود. با احداث میانگذر، دریاچه به دو بخش شمالی 38 - درصد - و جنوبی 62 - درصد - تقسیم شده که تنها راه ارتباطی آن دو بخش یک آبگذر 1250 متري می باشد.
این دریاچه داراي شوري زیادي 200 - تا 300 گرم در لیتر - می باشد[1] که در سالهاي اخیر به دلیل تبخیر زیاد از سطح آن، این مقدار تا 400 گرم در لیتر نیز اندازه گیري شده است و دانسیته آن نیز در حدود 1/125 تا 1/227 گرم بر سانتی متر مکعب در اکثر نقاط محاسبه می شود. بیش از 95 درصد آبهاي شیرین به بخش جنوبی وارد می شوند که با تغییر شرایط جریان احتمال تغییر کیفیت آب در دو قسمت قابل پیش بینی است. شکل - 1 - یکی از جزایر دریاچه می باشد که بعنوان سمبل هیدرودینامیک گردش آب دریاچه ارومیه معرفی شده است و بیانگر این تغییرات در گذر زمان می باشد .[2]
.2 مروري بر مطالعات گذشته
از ده هزار سال پیش تاکنون دریاچه ارومیه از نمک اشباع شده و علل اصلی شوري، عبور بعضی رودخانهها مانند آجیچاي از گنبدهاي نمکی و آورد نمک قابل ملاحظه در طول سال و بسته بودن آن، بیان شده است به گونه اي که تنها خروجی دریاچه تبخیر از سطح آب آن میباشد .[3] بنابراین یکی از پارامترهاي مؤثر در مطالعه و شبیه سازي دریاچه شناخت میزان املاح و شوري دریاچه است.
در سال هاي اخیر مطالعات هیدرودینامیک دریاچه بیش از پیش مورد توجه محققان قرار گرفته است. در اغلب این مطالعات، مدل سازي به صورت دو بعدي انجام شده است و در مدل سازي هاي سه بعدي انجام یافته نیز اطلاعات میدانی کافی جهت واسنجی مدل و نیز توپوگرافی دقیق کف دریاچه جهت معرفی به مدل در دسترس نبوده است. در این بخش نتایج تعدادي از مطالعات مرتبط با موضوع شبیه سازي هیدرو دینامیک به طور مختصر بیان می شود.
برخی نتایج مربوط به اندازه گیري ها از پارامتر هاي کیفیت آب مانند شوري، دانسیته و ... در سال 1366 ارائه شده است .[4] اندازه گیري ها نشان می دهد که در فصل بهار آب دریاچه از نظر غلظت ناهمگن بوده و به سه منطقه "شمالی" با دانسیته 1/146، "جنوب غربی" با دانسیته 1/140 و "مرکزي- جنوب شرقی" با دانسیته 1/138 گرم بر سانتی متر مکعب تقسیم بندي می شود. این ناهمگنی در عمق نیز وجود داشته ولی تغییرات بسیار جزئی است.
در ابتداي پاییز غلظت آب در سراسر دریاچه همسان و دانسیته آن 1/159 گرم بر سانتیمتر مکعب تعیین شده است. دلیل همسانی شوري در فصل پاییز، انتقال جرم بین مناطق با شوري بالاتر و و پایینتر در طول تابستان بیان شده است. همچنین در مناطقی مانند اطراف رودخانه ها که آب شیرین جریان دارد، دانسیته در عمق 0/2 متر از سطح آب برابر 1/001 و در عمق 0/6 متر برابر 1/161 گرم بر سانتی متر اعلام شده است.[4]
در مجموعه مطالعاتی که بین سالهاي 1371 تا 1373 انجام شده، مدل سازي به صورت دو بعدي در سطح آب و با استفاده از نرم افزار Mike21 صورت گرفته و از تغییرات مقدار و جهت سرعت در عمق دریاچه صرف نظر شده است. نتایج ارائه شده بیشتر جنبه هاي طراحی میانگذر را بیان می کند. در بخشی از این مطالعه به وجود جریان لایه اي و شکل گیري تغییرات الگوي جریان در مقطع اشاره شده است که می تواند تحت تاثیر غلظت آب دریاچه در طرفین میانگذر ایجاد گردد.
اندازه گیریهاي محلی تغییرات سرعت آب در عمق، تغییرات را نشان نداده و بین نتایج میانگین بدست آمده از مدل و شرایط طبیعی دریاچه سازگاري وجود نداشته است1]و.[5 در مجموعه مطالعات دیگري، با کمک نظریه هیدرولیک جریان دو لایه و تعریف شرایط مرزي هندسی و هیدرولیکی، براي مدت یک سال کامل رفتار دریاچه از حیث الگوي جریان و پخش شوري شبیه سازي عددي شده است.
پارامتر هاي اصلی محیطی شامل چگونگی وزش باد، آورد جریان و شوري رودخانه ها و بارش و تبخیر در سطح دریاچه بر اساس اطلاعات محیطی در دسترس در منطقه به مدل اعمال گردیده است که مقادیر شوري بدست آمده از مدل با اندازه گیري هاي انجام شده در دریاچه انطباق مناسبی داشته است.[1] در مدل سازي دیگري نیز که توسط نرم افزار Mike3 در سال 1384 انجام گرفته است، براي سال 1365 و در بیشتر زمان ها شمال دریاچه شورتر از جنوب دریاچه دیده می شود.
.3 اهداف شبیه سازي
همانطوري که در سوابق مطالعاتی ذکر شده مشاهده می شود تاکنون بدلیل عدم وجود اطلاعات میدانی کافی جهت کالیبراسیون مدل و نیز توپوگرافی دقیق تري از کف دریاچه جهت ارائه به مدل، شبیه سازي سه بعدي انجام شده متکی بر تعداد کمی از نمونه ها بوده و توپوگرافی لحاظ شده در مدل ها نیز فقط در نقاط اطراف میانگذر داراي دقت کافی بوده است.
لذا با توجه به در اختیار بودن نتایج نمونه گیري که در July 2008 در قالب یک تحقیق و در سطح دریاچه و به مقدار کافی انجام شده است و نیز توپوگرافی که در یکی از مطالعات صورت گرفته و با مشاهدات محلی در مورد دریاچه تطبیق مناسبی دارد، لزوم مدل سازي مجدد دریاچه وجود دارد7]و.[8 در این تحقیق مدل سازي براي بازه هاي مشخص و با داده هاي واقعی آن دوره ها، به منظور تعیین الگوي مکانی تغییرات شوري در سطح و عمق دریاچه انجام گرفته است.
.4 روش کار
معیار هاي مختلفی را براي انتخاب دوره مدل سازي می توان در نظر گرفت. براي مشاهده تغییرات شوري دریاچه، مدل سازي یک سال شاخص مد نظر قرار می گیرد. معیار هاي انتخاب سال شاخص براي شبیه سازي در شرایط سرویس عبارتند از: [1]
- حداکثر شباهت گلباد سالانه سال شاخص به گلباد متوسط دوره آماري
- حداکثر شباهت بین ورودي سالانه رودخانه ها و ورودي متوسط رودخانه ها به دریاچه
- حداکثر هماهنگی بین نتبخیر، بارندگی و ورودي رودخانه ها با تراز آب دریاچه
شرایط حدي قابل تعریف براي شبیه سازي دریاچه:
- سال متناظر با حداقل و یا حداکثر تراز دریاچه
- سال متناظر با حداکثر سیلاب ورودي به دریاچه
- سال متناظر با وزش سریعترین باد
بر مبناي حداکثر شباهت بین ورودي سالانه رودخانه ها و ورودي متوسط رودخانه ها به دریاچه، سال آبی 1365-66 جهت مدل سازي انتخاب شدکه داراي اطلاعات کمی در مورد اندازه گیري هاي میدانی از مقادیر دانسیته و شوري در اردیبهشت و مهر ماه سال 1366 می باشد. و بر مبناي شرایط حدي، سال 1387-88 انتخاب شد که از نتایج نمونه گیري انجام شده در سال 2008 از 48 نقطه دریاچه - شکل[8] - 2، جهت واسنجی این مدل استفاده گردید.
- 1-4 مدل سه بعدي Mike3
این نرم افزار توسط موسسه هیدرولیک دانمارك - DHI - جهت شبیه سازي سه بعدي جریان هاي با سطح آزاد تهیه شده که داراي قابلیت هایی است که از آنها در شبیه سازي هیدرولیک، کیفیت آب و انتقال رسوبات در رودخانه ها، دریاچه ها، سواحل، خلیج ها و دریاها و اقیانوس ها می توان استفاده کرد.[9] این مدل در شبیه سازي هیدرولیک پدیده هایی که ساختار جریان سه بعدي دارند - مانند چرخه شوري - اهمیت می یابد.
