بخشی از مقاله
خلاصه
محدودیت منایع آب و افزایش تقاضاهاي آبی، بهره برداري هاي بهینه از منابع آبی موجود در کشور را بیش از پیش ضروري کرده است. بهره برداري بهینه از این منابع، نیازمند پیش بینی هر چه دقیقتر جریان رودخانه ورودي به سد با باز ه زمانی پیش بینی یک تا چند ماه می باشد. یکی از مهمترین اصول برنامه ریزي و مدیریت منابع آب در هر کشور از دیدگاه هیدرولوژیکی، بحث پیش بینی آورد می باشد.
در این مطالعه با در نظر گرفتن بارش به عنوان متغیر هواشناختی، سیگنال هاي بزرگ مقیاس اقلیمی، دماي سطح آب در دریاهاي مجاور به عنوان متغیر اقیانوسی و جوي و نیز ارتفاع ژئوپتانسیل 500 هکتوپاسکال، متغیر هاي مناسب جهت پیش بینی حجم جریان در بالادست سد بوکان درسه دوره - بهمن-خرداد - ، - اسفند-خرداد - و - فروردین-خرداد - پیش بینی می شود.
نتایج این تحقیق کمک شایانی به پیش بینی رواناب و همچنین برنامه ریزي و مدیریت منابع آبی این سد می نماید. نتایج نشان دهنده ارتباط معنی دار آورد ورودي سد بوکان با متغیر هاي ارتفاع ژئوپتانسیل، دماي سطح آب اقیانوس اطلس شمالی و شاخص هاي انسو می باشد. همچنین آورد پاییز و زمستان می تواند از فاکتور هاي پیش آگاهی مهم براي پیش بینی آورد محسوب شود.
1. مقدمه
افزایش براي تقاضاي آب در مناطق مختلف، نیاز به مدیریت بهینه منابع آب را بیش از پیش نشان می دهد. پیش بینی به موقع و دقیق منابع آب در دس ترس را می توان نکته کلیدي در برنامه ریزي، مدیریت و بهره برداري بهینه از منابع آب قلمداد کرد. بر این پایه دستیابی به روش هاي مطمئن پیش بینی جریان رودخانه ها و شناسایی متغیر هاي مناسب جهت پیش بینی به منظور برنامه ریزي در بهره برداري از منابع آب از اهمیت روزافزونی برخوردار است. این مقاله تمرکز بر شناسایی متیرهاي اقلیمی مناسب جهت پیش بینی بلندمدت حجم آورد سد بوکان می باشد.
نقص یا نبود داده هاي هواشناسی یا برف سنجی - خصوصا در مناطق کوهستانی - اهمیت شناسایی شاخص هاي اقلیمی بلند مقیاس را بیشتر می نماید. سد بوکان در حوضه آبریز زرینه رود در شمال غرب کشور، در مختصات جغرافیایی 32 دقیقه و 46 درجه عرض شمالی قرار دارد. این حوضه به لحاظ مشخصه هاي توپوگرافی و هیدرولوژي از 4 زیرحوضه جیغاتوچاي، سقزچاي و ساروق چاي و خرخره چاي تشکیل شده است که جریان خروجی از آن ها وارد مخزن سد بوکان می شود.
با تحلیل هاي انجام شده بر روي آورد رودخانه زرینه رود در محل سد بوکان می توان گفت دبی میانگین این رودخانه در طول دوره آماري 1344-45 تا سال 1391-92 ، در کل سال آبی برابر با 57 و در فصل هاي پاییز، زمستان، بهار و تابستان به ترتیب برابر با 19 ،133،67و 8 متر مکعب بر ثانیه می باشد که در نهایت منجر به آورد میانگین سالانه به ترتیب در حدود 1805، 150، 514، 1072 و 68 میلیون متر مکعب خواهد شد.
با توجه به تحلیل ماهانه جریان مشاهده می شود که به صورت میانگین - با میانگین گیري درصد آورد ایستگاه هاي منتخب و داده هاي ورودي سد - ، سهم آورد ماهانه در فروردین ماه از دیگر ماه ها بیشتر و سپس ماه هاي اردیبهشت و اسفند بالاترین سهم آورد در سال را دارند - شکل . - 1 همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود، عمده حجم آورد رودخانه هاي حوضه، در ماه هاي بهمن تا خرداد است.
از طرفی در مناطق غرب کشور عمده حجم رواناب در فصل ذوب برف - اواخر زمستان تا اواخر بهار - جریان دارد، انتخاب سه دوره زمانی پیش بینی بهمن- خرداد، اسفند- خرداد و فروردین-خرداد منطقی به نظر میرسد. حدود 85 درصد از کل حجم آورد سالانه ایستگاه هاي اصلی زیرحوضه هاي حوضه آبریز بوکان، در طی ماه هاي بهمن تا خرداد جریان دارد. به عبارت دیگر با انتخاب این دوره زمانی پیش بینی می توان حدود 85 درصد حجم آورد سالانه رودخانه را پیش بینی نمود. از این رو شناسایی متغیرهایی که بتوانند با دقت قابل قبولی آورد ورودي به سد را پیش بینی کنند، ضروري به نظر می رسد.
شکل-1 میانگین درصد رواناب ورودي به سد - میلیون مترمکعب - ازسال 44 - 45 تا91-92
2-1 پیشزمینه
از زمانی که مشخص شد امکان تعیین رابطه معنی دار بین شاخص هاي اقلیمی با بارش و به تبع آن رواناب ورودي به سد وجود دارد، توجه بسیاري از محققان روي پیش بینی جریان معطوف شد. Sokoup و همکاران - 2009 - جهت پیش بینی آورد رودخانه North Platte در امریکا علاوه بر به کارگیري شاخص هاي MJO, PDO و ENSO به کمک داده هاي دماي سطح آب اقیانوس آرام و اطلس و ارتفاع فشار 500 میلی بار جو و یافتن مناطق مؤثر، دقت پیش بینی را افزایش دادند
Sveinsson و همکاران - 2008 - در مطالعه اي به شناسایی مؤلفه هاي اتمسفري یا اقیانوسی مرتبط با آورد فصل بهار حوضه Churchill fall در کانادا پرداخته و سپس با مقایسه عملکرد مدل هاي مختلف در پیش بینی آورد نشان دادند که به کارگیري این سیگنال ها در افزایش دقت پیش بینی مؤثرند
Yadav و همکاران - 2013 - نیز به بررسی ارتباط بین شاخص ENSO و بارش زمستانه در شمال و مرکز هند پرداختند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که تغییرات بارش فصلی درونسالی و بارش زمستانه در هند به شاخص ال نینو نوسانات جنوبی - ENSO - بستگی دارد
Chalery و همکاران - 2006 - تأثیر نوسان اطلس شمالی NAO را روي الگوهاي بارش باربادوس مطالعه کردهاند. در این مطالعه از داده هاي بارش ایستگاه هاي ساحلی جنوب شرق باربادوس در دوره آماري 1950 تا 2004 استفاده شده است. نتایج تحقیق آنها نشان داد که NAO تأثی ر مهمی در تغییرات بارش ماهانه منطقه در طول دوره هاي النینو و لانینا دارد
- 2007 - Rowell تأثیر دماي سطح آب دریاي مدیترانه را بر روي بارش هاي فصلی منطقه ساحل، شامل کشور هاي واقع بر روي خط استوا در غرب افریقا را بررسی کرده و به این نتیجه رسیده است که در سال هایی که دماي سطح آب دریاي مدیترانه نسبت به شرایط نرمال آن سردتر باشد، منطقه ساحل داراي شرایط خشک تر می باشد
در ایران نیز مطالعات مختلفی در مورد تأثیر سیگنال هاي اقلیمی متداول و نیز به کار گیري این ارتباطات در پیش بینی بارش و آورد انجام شده است. روی گر و گلیان - 1393 - به بررسی نقش سیگنال هاي بزرگ مقیاس اقلیمی در میزان بارش و دبی حوضه آبریز مادرسو واقع در بالادست سد گلستان پرداختند. انجام تحلیل همبستگی و به دست آوردن ضرایب همبستگی، ارتباط بین سیگنال هاي اقلیمی و بارش و دبی را تأیید کرد و نشان داد که شاخص NINO 1+2 بیشترین تأثیر را در حوضه مطالعاتی دارد
فلاح قالهري - 1390 - به ارزیابی نقش تغییرات سیگنال هاي اقلیمی بر نوسان هاي بارش بهاره در استان خراسان رضوي پرداخت. با بررسی همبستگی به دست آمده بین بارش متوسط منطقه اي و سیگنال هاي هواشناسی شاخص در بازه هاي زمانی گوناگون، سیگنال هاي اقلیمی مؤثر بر آب و هواي استان خراسان رضوي مشخص شد که از این سیگنال ها می توان در مدل هاي پیش بینی بارش و همچنین تشخیص دوره هاي خشک، تر و نرمال استفاده کرد
2. مواد و روشها
داده هاي هواشناختی و هیدرومتري استفاده شده در این تحقیق شامل حجم آورد ورودي به سد بوکان در دوره 1344-45 تا 1391-92 می باشد. داده هاي بارش ماهانه و آورد از سازمان مدیریت منابع آب و داده هاي شاخص هاي اقلیمی از مرکز Climate Diagnostics Center - http://www.cdc.noaa.gov - استخراج شده اند. هدف کلی این تحقیق مشخص شدن متغیرهاي اقلیمی مناسب جهت به کارگیري در مدل هاي پیش بینی جهت حجم آورد - فروردین تا خرداد - ورودي به سد بوکان می باشد.
لذا متغیرهایی که ضریب همبستگی آن ها در سطح اطمینان 95درصد از نظر آماري معنی دار باشد به عنوان متغیر ورودي به مدل معرفی گردیده اند. نقشه ایستگاه هاي هیدرومتري حوضه سد بوکان در شکل 2 نشان داده شده است. تابع ACF نشان می دهد که حجم آورد در سال هاي قبل نمی تواند به عنوان پیش بینی کننده مناسبی در نظر گرفته شود. سري زمانی آورد ورودي به سد در شکل3 و تابع ACF آورد سالانه در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل -2 ایستگاه هاي هیدرومتري حوضه سد بوکان
شکل -3 آورود ورودي به سد بوکان
