بخشی از مقاله
چکیده
سیستمهای ذخیره سیکلی گونه ای از بهره برداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی است که در آنها حداقل زیر سیستمهای رودخانه ، آبخوان ، سد و عوامل تغذیه مصنوعی حضور فعال دارند . در یک سیستم ذخیره سیکلی بین تمام اجزای سیستم ارتباط تنگاتنگ وجود دارد که متاسفانه در برخی از مطالعات از بعضی از این ارتباطها صرفنظر می شود . به بیان دیگر علاوه بر اندر کنشی که بین رودخانه و مخزن آب زیر زمینی وجود دارد ، از طریق اعمال فرمان بهره برداری اجزای مختلف سیستم به منظور تامین نیاز با یکدیگر مرتبط می باشند .
در این مطالعه یک مدل طراحی - بهره برداری برای یک سیستم ذخیره سیکلی با رویکرد توده ای همراه با دومخزن سطحی موازی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل در دو حالت با و / بدون سیاست بهره برداری بهینه در این مدل با یکدیگر مقایسه شده و اثرات اعمال سیاست بهره برداری در سیستم ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال سیاست بهره برداری در ابتدا امر با هزینه ای همراه است که در دراز مدت میتواند مستهلک شده و با منافع بیشتری همراه شود .
۱- مقدمه
بهره برداری تلفیقی بسته به اجزای سیستم مورد بهره برداری می تواند به چند طریق صورت پذیرد. سیستمی که در این تحقیق از آن با عنوان » سیستم ذخیره سیکلی « یاد می شود ، به صورت مجموعه بسته ای متشکل از رودخانه – آبخوان – سد و اجزا تغذیه مصنوعی با الگو و فرمان دراز مدت تعریف شده است . در این سیستم از دو مخزن سطحی موازی برای تامین نیاز ها استفاده شده است .
سیستم انتقال آب ، جهت انتقال آب از مخزن سطحی به محل نیاز ، از مخزن سطحی به آبخوان و بالعکس و از آبخوان به محل نیاز در نظر گرفته شده است . همچنین بخشی از آب رودخانه به محل نیاز و بخشی به آبخوان منحرف میشود . مطابق شکل - ۱ - بخشی از نیاز آبی منطقه ، از منابع سطحی - سد اول و سد دوم - ، بخشی از رودخانه و مابقی از طریق پمپاﮊ از چاهها - آبخوان - ، تامین می گردد .
آبی که به منطقه نیاز فرستاده شده ، پس از مصرف به چند صورت در چرخه طبیعی آب وارد میشود. بخشی از آن بصورت تبخیر و سایر تلفات از سیستم خارج می شود . بخش دیگری - عمدتاﹰ در ناحیه کشاورزی - در آبخوان نفوذ نموده و بخش دیگری هم ، بصورت جریانهای برگشتی وارد رودخانه می شود .نکته مهم و کلیدی در مدلسازی سیستمهای پیچیده مانند سیستمهای ذخیره سیکلی ، توجه کافی به این ارتباطها و شناخت و تشریح روابط بین آنهاست.
با رعایت کلیه اصول مدیریتی و قیودات و محدودیت های فنی ، کیفی ، و اجتماعی- اقتصادی ، تامین نیازها از مخازن آب سطحی میتواند از اولویت بالاتری برخوردار باشد . این بدان معنی است که در صورت وجود ذخیره کافی در مخزن سطحی و رعایت قیودات حاکم بر سیستم ، به دلیل هزینه بهره برداری کمتر ، عملاﹰ تامین نیاز از آبهای سطحی صورت خواهد گرفت .
همچنین از آنجا که هزینه های اجرایی و بهره برداری دو سد با یکدیگر متفاوت میباشند در ادامه نشان خواهیم داد که تخصیص آب از مخازن سطحی نیز برای دو سد در نظر گرفته شده متفاوت خواهد بود . در سیستم ذخیره سیکلی ، با توجه به فرمان بهره برداری پیشنهادی امکان دارد که در صدی از ذخیره سطحی برای افزایش ذخیره دراز مدت به مخزن زیر زمینی منحرف و هدایت شود .
با چنین اقدامی میتوان مخازن سطحی را برای پذیرش و ذخیره جریانهای سیلابی دوره های آتی آماده و از سرریز شدن سیلابها تا حد امکان کاست . فرمان بهره برداری باید بتواند با رعایت کلیه موارد فوق تعامل معقول و منطقی ، بین مخازن سطحی و مخزن آب زیر زمینی و منطقه نیاز و آورد رودخانه فراهم آورد .
در فصول کم آبی که ذخیره مخازن سطحی و آورد رودخانه نمی تواند پاسخگوی نیاز منطقه باشد از ذخیره موجود در مخزن آب زیر زمینی استفاده می شود.
شکل۱- یک سیستم ذخیره سیکلی همراه با دو مخزن سطحی موازی و اجزای آن
۲- مروری بر کارهای انجام شده
گرچه از اوایل دهه۰۷ تا اواخر دهه۰۸ میلادی - ۰۶۹۱ - ۰۸۹۱ - مطالعات گسترده ای در زمینه بهره برداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیر زمینی انجام شده است Buras [3],Eshett &Bittinger[2], chaudhry [1] - - Neiswomd & Granstorm [4] , لکن اولین مطالعات ذخیره سیکلی به اواخر دهه۰۹برمیگردد .درسال ۲۸۹۱ Lettenmaier and Burges یک مقاله در زمینه انعطاف پذیری سیستمهای ذخیره سیکلی منتشر نمودند .
Rashton و Tomlinson در سال ۲۸۹۱، مدل شبیه سازی را برای استفاده توامان از سیستم ذخیره سطحی و آبخوان با بستر سنگ آهکی ارائه دادند . همچنین پنج حالت عملکردی برای سیستم در نظر گرفته شد که معین می کرد در چه زمانی پمپاژ باید از مخزن سطحی و در چه زمانی از مخزن زیر زمینی صورت گیردCoe . [6] و Fellow در سال ۰۹۹۱ استفاده همزمان از سیستم آب سطحی و زیر زمینی و مزایا و معایب آن را مورد بررسی قرار دادند.
Philbrick and .[7] Kitanidis در سال ۸۹۹۱ ، یک مدل برنامه ریزی پویای پارامتر توده ای را جهت بهینه سازی بهره برداری از یک سیستم تلفیقی سد – آبخوان همراه با تغذیه مصنوعی ، ارائه نمودند . گام زمانی مدل آنها سالانه بوده و مدل بصورت قطعی - - Deterministie ارائه شده است . آنها معادلاتی را جهت محاسبه جریمه کمبود ، هزینه بهره برداری از آبخوان و هزینه تغذیه مصنوعی به آبخوان ارائه نمودند.
در سال ۹۹۹۱ Basagaoglu and Marino یک مدل پارامتر توزیعی جامع را جهت بهره برداری از سیستم های تلفیقی آب سطحی و زیر زمینی که شامل مولفه های مخزن سطحی و تغذیه مصنوعی نیز می باشند ارایه دادند که فاقد مولفه طراحی و تعیین ابعاد سیستم بود و بیشتر بر چگونگی بهره برداری تاکید داشت . [9] همچنین در سال ۵۰۰۲ ، علیمحمدی یک مدل ذخیره سیکلی با رویکرد توده ای در زمینه طراحی و بهره برداری بهینه تلفیقی از سیستم آبهای سطحی و زیرزمینی ارائه کرد که مرجع اصلی تحقیقات ارائه شده در این مقاله میباشد. [10]
۳- ساختار و فرمولاسیون مدل پیشنهادی
مدل بهینه سازی طراحی سیستم ذخیره سیکلی یک مدل برنامه ریزی غیرخطی - NLP - است که به صورت کلی زیر قابل ارائه است:
در این روابط:
: PVC ارزش حاضر کل هزینه توسعه و بهره برداری سیستم
: PVC - Construction - ارزش حاضر هزینه های ثابت و اجرایی سیستم
: PVC - OMR - ارزش حاضر هزینه های بهره برداری و نگهداری سیستم
: CDk , COMRDk به ترتیب هزینه های اجرایی و بهره برداری سد
k ، : CCDk , COMRCD k به ترتیب هزینه های اجرایی و بهره برداری سیستم انتقال از سد k به منطقه نیاز
CCARk , COMRCAR k به ترتیب هزینه های اجرایی و بهره برداری سیستم انتقال از سد k به منطقه تغذیه مصنوعی
