بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
مدلهای بررسی سیلاب و روشهای کنترل آن
اسلاید 2 :
مقدمه:
یکی از پایه های مدیریت سیل در حوزه ، پیش بینی سیل قبل از وقوع آن می باشد لذا پیش بینی سیل به عنوان ابزاری جهت کاهش خسارات سیل بیش از 40 سال است که در اکثر حوزه های آبریز کشورهای پیشرفته مورد توجه قرار گرفته است و بعنوان مثال در کشور آمریکا بیش از 400 سیستم پیش بینی سیلاب راه اندازی شده است.
در کشور ما و به دلیل اقلیم مدیترانه ایی و تراکم زمانی و مکانی بارشها در اکثر حوزه های آبریز ، سیلابهای عظیمی در این حوزه ها بوقوع پیوسته و خسارات فراوانی را به بار آورده است. در سایر کشورهای دنیا نیز با توجه به شرایط آبی هر کشور سیاستهای متفاوتی اتخاذ می گردد که عمدتاً به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
درکشورهای پر آب روشها عمدتاً مبتنی بر کاهش خسارت سیل و تخلیه آن است ولی در کشورهای کم آب سیاستها متمرکز بر ذخیره سیلاب جهت استفاده از آن در مصارف آبی می باشد. متاسفانه در ایران به رغم کمبود شدید منابع آبی ، سیاست سیل زدایی عمدتاً مبتنی بر تخلیه سیلابها بدون خسارت بر پایین دست می باشد.
این امر سبب شده سیلاب طراحی سازه های هیدرولیکی افزایش یابد و هزینه های هنگفتی برای سیستم های تخلیه آنها صرف گردد. با توجه به سرمایه گذاری های عظیم ملی در توسعه طرحهای منابع آب و هزینه های سر سام آور سیستم های تخلیه اضطراری سدها ، کاهش ظرفیت تخلیه این سیستم ها در کاهش هزینه ها در سطح ملی بسیار چشم گیر خواهد بود. علاوه بر این کاهش هزینه ها با توجه به حساس شدن بهره برداری کنترل سیل سدها با ظرفیت تخلیه کم اصلاح بهره برداری این مخازن بیشتر مورد توجه قرار می گیرد که این امر سبب بهبود هر چه بیشتر بهره برداری خواهد شد چرا که در سطح دنیا نیز به اصلاح بهره برداری های سنتی بیشتر از توسعه طرحهای منابع آب بها داده شده و موفقیت این دیدگاه در سطح کلان به اثبات رسیده است.
کاهش ظرفیت سیستم های تخلیه اضطراری سدها در عین حال که سبب کاهش هزینه های طرحهای توسعه منابع آب می گردد، سبب افزایش ریسک خطر پذیری این طرحها نیز میشود. این امر عمدتاً به علت عدم قطعیت پدیده هیدرولوژیکی بخصوص سیلابهای بوقوع پیوسته در حوزه می باشد.
هر چند که ظرفیت سیستم های تخلیه سدها علاوه بر مسئله پایداری سدها باید با در نظر گرفتن تاسیسات و ظرفیت ایمن رودخانه ها در پایین دست طراحی گردد، ولی کاهش سیلاب طراحی و تکیه بر اصول بهره برداری بدون شناخت کافی از حوزه آبریز و استفاده از فن آوری کامپیوتری میسر نخواهد بود. با توجه به پیشرفتهای چشمگیر فن آوری کامپیوتری و توسعه نرم افزار و با به خدمت گرفتن آن در شبیه سازی حوزه و مخزن، می توان به اصلاح اصول طراحی و بهره برداری اطمینان پیدا کرد.
در این راستا پیش بینی سیل و کنترل زمان واقعی آن در اصلاح بهره برداری از مخازن و کاهش سیلابهای طراحی از یک طرف و استفاده بهینه از پتانسیل سیل در جهت ذخیره و تامین آب موثر بوده است. امروزه با بکار گیری آخرین فن آوریهای کامپیوتری در جهت پیش بینی سیل، بازدهی و کارآیی مدیریت سیل به مراتب بیشتر از روش های صرف سازه ایی کنترل سیل شده است.
اسلاید 3 :
پهنه بندی سیل با استفاده از GIS یک دیگر از راهکارهای غیر سازه ایی و ابزارهای کارآمد در مدیریت و کاهش خطر پذیری سیل می باشد. دو اقع منظور از پهنه بندی سیل، تعیین پیشروی سیلاب، ارتفاع و خصوصیات آن در دوره بازگشت های مختلف است که در نهایت می توان از این اطلاعات در تعیین کاربری اراضی، مطالعه و توجیه اقتصادی طرح های عمرانی، شناسایی حق بیمه سیل در منطقه و ایجاد محدودیت های اجباری در مناطق خطر پذیر استفاده کرد.
هر چند که پهنه بندی سیل با هدف بکارگیری در برنامه ریزی، مدیریت، کنترل و مهار سیل تا کنون در کشور ما مورد توجه نبوده و لذا تحقیقات و مطالعات کمی در این مورد صورت پذیرفته که تعدادی از آنها به شرح زیر می باشد:
وهابی(1376) در تحقیقی از روش هیدروگراف واحد مصنوعی و استفاده از مدل های HEC-Iو MIKEII در محیط GIS با کمک نرم افزار ILWIS اقدام به پهنه بندی سیل برای دوره بازگشت 10 تا 100 ساله نمودو این روش را مناسب ترین روش تشخیص و پهنه بندی معرفی نموده است.
فیاضی(1385) در تحقیق خود نتیجه گیری نمود که مدل ریاضی تک بعدی MIKE II در مقایسه با مدل دو بعدی MIKE FLOOD به دلیل نیاز به ورودی های قابل وصول تر برای پهنه بندی محیطی مسیر رودخانه در شرایط ایران مناسب تر می باشد.
بیاتی(1387) در پژوهشی تحت عنوان مدل سازی عددی با نرم افزارهای MIKEII و HEC-RAS در رودخانه آستاکول با مقایسه این دو نرم افزار به این نتیجه رسید که نرم افزار MIKE II امکانات بسیاری را در اختیار کاربر قرار می دهد که تخصصی نیز می باشد.
آقا ملایی(1391) در تحقیقی با فرض اینکه مدل هیدرولیکی MIKEII نسبت به مدل HEC-RAS ابزار مناسب تری است نسبت پهنه بندی خطر و ارزیابی خسارت سیل در بازه ایی از رودخانه هلیل رود شهرستان ربار به مطالعه پرداخت که در پایان این مقاله به آن اشاره خواهد شد.
با توجه به گستردگی موضوعات و راهکارها در خصوص سیل که بررسی تمامی آنها در این مقال نمی گنجد تلاش شده که در گفتار پیش رو ضمن آشنایی با سیستم های پیش بینی سیلاب دربرخی از کشورهای آسیایی و مقایسه
جایگاه کشورمان با آنها ، موضوعات:
اهمیت پیش بینی سیل در بهره برداری از مخازن سدها
پهنه بندی خطر و ارزیابی خسارات سیل در رودخانه ها به کمک نرم افزار
هر یک با ذکر نمونه هایی مورد بررسی بیشتر قرار گیرند.
اسلاید 4 :
روشهای پیش بینی سیل
از مهمترین مشخصه های سیل می توان به دبی سیل و زمان وقوع آن اشاره کرد. در این رابطه پیش بینی دبی سیل و مدت زمان پیش بینی آن قبل از وقوع (Lead time) هر دو حائز اهمیت می باشد. مدت زمان پیش بینی بسته به مشخصات حوزه، نوع اطلاعات مخابره شده در زمان واقعی و روش پیش بینی متفاوت می باشد. هر چه مدت زمان پیش بینی سیل افزایش یابد، زمان کافی برای ایجاد تمهیدات مقابله با سیل بیشتر بوده و کاهش خسارت ناشی از وقوع آن قابل توجه خواهد بود. در مقابل خطای پیش بینی بسته به ماهیت روش افزایش یافته و ریسک پذیری تصمیم گیری بر اساس نتایج پیش بینی های انجام شده زیاد می شود. رابطه بین زمان پیش بینی با خسارات ناشی از وقوع سیل و خطای پیش بینی در اشکال زیر نشان داده شده است.
اسلاید 5 :
در این رابطه روشهای پیش بینی متعددی برای سیل وجود دارد که دارای زمان پیش بینی مختلفی هستند. روشهای پیش بینی سیل را در حالت کلی به دو دسته زیر میتوان تقسیم کرد:
پیش بینی سیل بر اساس پیش بینی کمیت بارش (QPF)
پیش بینی هیدرولوژیکی سیل
در روش اول مقدار باران پیش بینی شده و از طریق بارش قابل وقوع، سیلاب حوزه پیش بینی می شود. این روش از زمان پیش بینی طولانی و همچنین خطای بالایی نسبت به روش دوم برخوردار بوده و در حوزه هایی که دارای زمان تمرکز کم و سیلاب ناگهانی می باشد کاربرد دارد. روشهای متعددی برای پیش بینی کمیت بارش وجود دارد که از جمله آنها می توان به تحلیل بارشهای ثبت شده در ایستگاههای هواشناسی و استفاده از نقشه های ماهواره ایی ابر ها اشاره کرد.
اصول روش دوم متکی بر اطلاعات ثبت شده در ایستگاههای هیدرو کلیماتولوژی می باشد. روشهای موجود در این زمینه بر اساس تکنیک های آماری و هیدرولوژیکی برای تحلیل داده های تاریخی ثبت شده استوار بوده است. در این خصوص، روابط و روشهای استفاده شده در سطح دنیا بسیار متنوع بوده و از معادلات ساده همبستگی تا معادلات پیچیده هیدرولیکی حوزه متغیر است. روشهای مورد استفاده در سطح دنیا بسته به اهمیت پیش بینی سیل و تجهیزات موجود متفاوت بوده و در اکثر کشورهای پیشرفته امکانات پیشرفته تری نسبت به سایر کشورها در این زمینه استفاده می گردد. با توجه به وضعیت کنونی کشور و فن آوریهای موجود ، استفاده از بسیاری از روشهای مورد استفاده در کشورهای پیشرفته ممکن نمی باشد. امکانات بسیاری از کشورهای در حال توسعه مشابه ایران بوده ولی سیستم های پیش بینی در آنها به صورت قابل ملاحظه ایی توسعه یافته و مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان نمونه در این بخش سیستم های پیش بینی در کشورهای آسیای جنوب شرقی مورد بررسی قرار گرفته و به صورت خلاصه ارائه شده است:
اسلاید 6 :
الف- کشور هند
در این کشور 157 ایستگاه برای پیش بینی سیل نصب شده است که 132 ایستگاه آن برای پیش بینی تراز آب در مناطق سیل گیر و 25 ایستگاه برای پیش بینی جریان ورودی به مخازن می باشد. 132 ایستگاه پیش بینی تراز رود خانه، 62 حوزه و زیر حوزه های آنها را پوشش می دهد. همچنین سازمان هوا شناسی، اطلاعات عمومی وضعیت هوا، مقدار بارش 24 ساعت گذشته و هشدار وقوع بارش شدید برای 24 ساعت آتی در حوزه های مختلف و همچنین محدوده تغییرات کمیت بارش پیش بینی شده را تعیین می کند. نحوه انتقال اطلاعات در زمان واقعی توسط شبکه ارتباطی مجهز به بی سیم VHF/HF انجام می شود.
متغیر های مهم در رابطه با پیش بینی سیل به صورت زیر خلاصه میشوند:
دبی و تراز در ایستگاه های هیدرومتری پایه
دبی و تراز در گامهای زمانی گذشته در ایستگاههای پیش بینی
تغییرات دبی و تراز آب ایستگاههای پایه
زمان حرکت سیل بین ایستگاههای پایه و ایستگاههای پیش بینی در مراحل مختلف .
انواع همبستگی که به صورت گسترده در حوزه ها مورد استفاده قرار می گیرند که میتوان به همبستگی مستقیم بین: اشل و دبی ، دبی پیک در ایستگاههای پیش بینی و پایه، تغییرات بین تراز آب ایستگاههای پیش بینی و پایه و همبستگی بین ترازهای N ام و (N+T) ام در ایستگاههای پیش بینی با تغییرات تراز در ایستگاههای پایه طی T ساعت.
پس از ایجاد همبستگی، گرافهای تیپی برای پیش بینی تراز آب در ایستگاههای پیش بینی حاصل شده است. نحوه افزایش تراز آب در برخی از حوزه ها نیز بر اساس معادلات ریاضی و بکار بردن ابزار سنجش دور در سطح حوزه تعیین می شود. در مواقعی که همبستگی بین ایستگاهها به علت سهم زیاد سیلاب رودخانه های فرعی یا تغییرات شرایط اولیه رطوبت خاک نتایج مناسبی حاصل ندهد، پارامتر اضافی نظیر دبی و تراز رودخانه فرعی، متوسط بارش، مشخصات حوزه سیل خیز و شاخص پیش بینی بارش (API) جهت ارائه نتایج بهتر از طریق مخابره زمان واقعی اخذ میگردد. در این رابطه مدلهای مختلف توسعه داده شده و از قابلیتهای مدل HEC-IF،NLC-NLM ، SSARR، MIKE 11 استفاده شده است.
اسلاید 7 :
ب- کشور نپال
در این کشور تا پایان سال 1998، 45 ایستگاه هیدرو کلیماتولوژی در شبکه تله متری تجهیز شده است. در ژوئیه 1993 با وقوع بارش با تداوم 24 ساعته حدود 540 میلیمتر در حوزه رودخانه Bagmati سیلابی با دبی پیک 16000 متر مکعب بر ثانیه بوقوع پیوست. این سیلاب بیشتر از سیلاب طراحی سازه های آبی احداث شده در این حوزه بود. پس از بروز خسارت فراوان ناشی از وقوع این سیل ، بهترین روش کاهش خسارت سیل در حوزه، ایجاد سیستم های پیش بینی و هشدار سیل تشخیص داده شد. براین اساس بررسی و ایجاد تمهیدات لازم برای مخابره اطلاعات زمان واقعی حوزه به مرکز پیش بینی و هشدار شروع شده و امکانات ایستگاههای هواشناسی جهت پیش بینی سیل مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین هدف این سیستم، کاهش خسارات سیل مخصوصاً کاهش تلفات انسانی بود. نصب مقدماتی سیستم پیش بینی و هشدار سیل با استفاده از پشتیبانی شبکه رادار قوی برای مخابره اطلاعات آغاز شد. تجهیزات این سیستم شامل موارد زیر بود:
ایستگاههای رادار مجهز به دکلهای رادار ذخیره سازی ساده
شبکه ایستگاههای ثبت آمار با 5 ایستگاه ثبت تراز آب و 14 ایستگاه ثبت بارش
گرافهای کمیت بارش قابل وقوع حاصل از سیستم رادارهای هوا شناسی
مرکز پیش بینی و هشدار سیل
دفتر پیش بینی و هشدار در وزارتخانه
تجهیزات هشدار نظیر آژیر کارخانه در منطقه
هشدار سیل بر اساس نتایج پیش بینی شامل سه مرحله می باشد:
در مرحله اول پیش بینی سیل بر اساس بارش مشاهده شده در سر شاخه ها انجام می شود و هشدار به ساکنین و اعلام آماده باش صورت می گیرد.
در مرحله دوم که فرسایش سواحل رودخانه ها دراثر عبور سیل شروع می شود، مقابله با سیل و افزایش تراز سواحل و مناطق ورود آب صورت می گیرد.
در مرحله سوم تخلیه ساکنین به علت شدت زیاد سیل انجام می شود.
مرحله اول 3 تا 4 بار در سال، مرحله دوم 1 تا 2 بار در سال و مرحله سوم یکبار در 10 سال اتفاق می افتد.
اسلاید 8 :
ج- ژاپـــــن
کشور ژاپن یکی از سیلخیز ترین کشورهای آسیایی به شمار می رود. با پشتیبانی سیستم های پیش بینی سیل، سیلاب طراحی سازه های آبی در این کشور تا سیلاب 200 ساله تقلیل یافته و به بهبود بهره برداری مخازن کنترل سیل جهت کاهش پیک و خسارت سیل توجه زیادی شده است.
پیش بینی سیل در حوزه های آبریز این کشور شامل مراحل زیر بوده است:
جمع آوری تغییرات شرایط اقلیمی از طریق ارتباط نزدیک با متصدیان ایستگاهها
جمع آوری اطلاعات ثبت شده بارش، تراز آب ، دبی ورودی و خروجی از حوزه و بودجه برفی و دمای حوزه در سیلابهای همراه با ذوب برف و باز سازی اطلاعات لازم در صورت عدم ثبت آنها یا ثبت آمار غلط
پیش بینی بارش در زمانهای آتی ( و درجه حرارت در سیلابهای همراه با ذوب برف)
جایگذاری مقادیر ثبت شده و پیش بینی شده در فرمولهای محاسباتی و اشکال و گرافهای مربوطه در هر حوزه و انجام محاسابات پیش بینی سیل
در رابطه با سدها، سیلاب خروجی از سد در گام زمانی آتی براساس منحنی فرمان با استفاده از جریان وروی پیش بینی شده و تراز مخزن تعیین می شود.
با جایگذاری دبی سیل حاصل از بند 4 و سیلاب خروجی سد حاصل از بند 5 در فرمولهای محاسباتی و انجام محاسبات پیش بینی تراز آب یا دبی سیل در طول مسیر رودخانه
در صورت لزوم پیش بینی تراز آب در سیلابدشت در طول رودخانه با استفاده از سیلاب پیش بینی شده در بند 4
انتشار پیام پیش بینی سیل و هشدار بر اساس فرمت تصمیم گیری اولیه با هماهنگی متصدیان ایستگاههای هواشناسی
اراسل و انتشار پیش بینی سیل به سازمانهای دولتی و خصوص از طریق شبمه انتشار اولیه
در پیش بینی سیل آوریل 1983، 1257 ایستگاه بارانسنجی و 1105 ایستگاه هیدرومتری در شبکه تله متری با استفاده از ایستگاههای مایکروویو رادیویی و باند VHF کار جمع آوری و انتقال اطلاعات هیدرو لوژیکی را در زمان واقعی انجام دادند. در سیستم های پیش بینی نصب شده، مدلهای بکار رفته برای پیش بینی سیل شامل: مدل بارش- رواناب ذخیره ایی (Tank-I) در سال 1965، مدل Kitakami-Game در سال 1970، Tank-II در سال 1971، مدل تنظیم مخزن و جریان مصنوعی(SSARR) ، مدل هیدرولوژکی خدمات هواشناسی (NWSH)، مدل هیدرولوژیکی پیش بینی رودخانه Sacramentoو مدل سیستم خطی محدود شده (CLS) بوده اند.
اسلاید 9 :
د- بنگلادش
مناطق سیلابدشت و رودخانه های فرعی ، حدود 80% کشور بنگلادش را پوشش می دهند. سیلابهای حاصل از بارش در کشور بنگلادش و سیلابهای ورودی از کشورهای همسایه سبب بروز خسارات فراوانی در آن می شود. هشدار و پیش بینی سیل به عنوان راه حل کلیدی برای کاهش خسارات ناشی از وقوع سیل بیش از 20 سال در این کشور مطرح بوده است. در سال 1972 مرکز هشدار و پیش بینی با هدف انتشار هشدار سیل و سرویس دهی به سازمان حوادث غیر مترقبه و کاهش اثرات ناشی از سیل ایجاد شد. از سال 1972 تلاش زیادی برای به روز کردن تکنولوژی لازم جهت تانین نیازهای بشری در هر دوره زمانی انجام شده است. این تلاش توسط سازمانهای محلی و بین المللی و افراد با ملیت های مختلف صورت گرفته است. با بروز کردن سیستم پیش بینی، سیستم پیش بینی و هشدار سیل فعلی نصب شده از چهار المان اصلی تشکیل شده است:
جمع آوری بارش و تراز آب ثبت شده در زمان واقعی
پیش بینی های هواشناسی
پیش بینی سیل
انتشار هشدار سیل
شبکه اطلاعات زمان واقعی در بنگلادش شامل 48 ایستگاه تراز آب در رودخانه های اصلی و 49 ایستگاه بارانسنجی روزانه در سطح حوزه ها می باشد. علاوه بر اینکه 14 ایستگاه تله متری در رود خانه های اصلی در نقاط مرزی کشور نصب شده اند، از 5 ایستگاه در داخل هند نیز اطلاعات تراز آب در یافت می گردد.
دبی و تراز سیلاب در مرزهای کشور در 24،48 و 72 ساعت آتی بر اساس تجربیات متصدیان ایستگاهها پیش بینی می شود. پیش بینی کمیت بارش(QPF) و تراز آب جریان ورودی پیش بینی شده در مرز کشور، پایه محاسباتی سیستم پیش بینی را تشکیل می دهند. باید خاطر نشان کرد که اطلاعات تراز آب ایستگاههای داخل کشور هند در اصلاح پیش بینی ها و افزایش زمان پیش بینی (Lead time) بسیار موثر بوده اند.
پیش بینی زمان واقعی سیل نیاز مند مشخص بودن پروسه بارش-رواناب و جریان در رودخانه ها و همچنین اطلاعات زمان واقعی بارش و شرایط اولیه حوزه و رودخانه می باشد.برای تعیین روابط حاکم در حوزه آبریز ، از مدل پیش بینی سیل MIKE II استفاده شده است.نرم افزار پیش بینی سیل شامل سه ماجول می باشدکه عبارتند از :
اسلاید 10 :
الف) ماجول بارش-رواناب(NAM) ب) ماجول یک بعدی هیدرو دینامیک ج) ماجول بهنگام کردن
ماجول بارش- رواناب (NAM) یک مدل مفعومی متمرکز بوده که با محاسبه رطوبت خاک به صورت پیوسته با استفاده از منطق محاسباتی چهار مخزن مرتبط ، خصوصیات حوزه را شبیه سازی می کند.
ماجول یک بعدی هیدرو دینامیکی، مدل محاسبه جریان غیر دائم به روش حل تفاضلات محدود با منطق محاسباتی ضمنی در شبکه رودخانه ایی است. محاسبات این مدل بر اساس حل معادلات St.Venant در شرلیط جریان یکنواخت رد محور عمودی و شبیه سازی جریان شبه دو بعدی در سیلابدشت استوار است.
ماجول بهنگام سازی ، تحلیل کننده تراز و دبی آب شبیه سازی شده و اندازه گیری شده تا زمان پیش بینی جهت کاهش دامنه خطا می باشد. این ماجول دقت دقت نتایج پیش بینی را به صورت قابل توجه افزایش می دهد. اصلاح پیش بینی در این ماجول از طریق حداقل سازی تابع هدف در رمشهای بهینه سازی مربوط انجام میشود.
پس از پیش بینی تراز آب، سیل گیری مناطق با استفاده از مفاهیم GIS تعیین می گردد. هدف از این کار تعیین نغییرات خطی تراز آب در مناطق سیلابدشت می باشد.
برای این منظور با استفاده از مدل رقومی دیجیتالی (DEM) عمق و وسعت منتطقه سیل گیر تعیین می گردد. نتایج پیش بینی بخصوص برای پیش بینی 24 ساعت آینده از دقت کافی برخوردار می باشد. در حال حاضر قابلیت سیستم پیش بینی در این کشور با استفاده از ایجاد شبکه های عصبی برای مدلسازی هیدرولوژیکی، استفاده از عکس های ماهواره ایی و عکس های رادارهای هواشناسی در حال افزایش است.
برای توسعه آتی، یک مدل الحاقی برای سیستم پیش بینی و هشدار سیل جامع در حال تهیه می باشد که تهیه آن بخاطر افزایش صحت انتشار هشدار و پیش بینی ضروری است. در چنین مدلی تجهیزات و مواردی برای بهره برداری زمان واقعی از مدل نیاز است که عمده آنها شامل: شبکه تله متری آنلاین با قابلیت کالیبراسیون، داده های رادار و اطلاعات ماهواره ایی آنلاین، تخمین وضعیت سیلاب در مرز کشور،مدلسازی ریاضی با افزایش تعداد نقاط بهنگام سازی پیش بینی، کالیبراسیون مکرر مدل براساس داده های ماهواره ایی، تهیه DEM اصلاح شده حاصل از عکسهای ماهواره ایی ، تهیه نقشه های اصلاح شده پخش سیلاب ، الگوریتم اصلاح شده برای پیش بینی سیل و گسترش مدل در سرشاخه های حوزه .
اسلاید 11 :
وضعیت پیش بینی در ایران
تواتر وقوع سیلاب و شدت سیلاب در کشور ما در مقایسه با کشورهایی نظیر بنگلادش، ژاپن و حتی کشورهای توسع یافته نظیر امریکا، نامحسوس تر می باشد، در مقابل خسارات ناشی از وقوع سیل در مقایسه با این کشورها قابل توجه می باشد. در این رابطه حوزه های جنوبی کشور که به علت اقلیم خشک و وجود بارانهای موسمی گریبانگیر سیلابهای ناگهانی (Flash Flood) با تداوم کم و دبی پیک بالا و حوزه های جنوب غربی و شمال غربی کشور گریبانگیر سیلابهای حاصل از اقلیم مدیترانه ایی هستند. بنابراین وضعیت سیل خیزی حوزه های جنوبی کشور با درجه شدت کمتری مشابه کشورهایی نظیر بنگلادش بوده و کنترل سیلابهای این مناطق از طریق سازه ایی بسیار مشکل و رد برخی مناطق غیر ممکن می باشد. از جمله این حوزه ها میتوان به حوزه آبریز پیشین و میناب اشاره کرد. سیلابهای بوقوع پیوسته در این حوزه ها از نظر حجم و دبی پیک طوری است که سدهای موجود حتی در صورت خالی بودن نیز تعدیل قابل توجهی در دبی پیک سیل ایجاد نمی کنند.
در حوزه های آبریز کوهستانی کشور نظیر حوزه های دز، کارون و کرخه امکان ایجاد سدهای ذخیره ایی بزرگ فراهم بوده و کنترل سیلابهای ورودی به این مخازن امکان پذیر می باشد. بنابر این پیش بینی سیل در حوزه های جنوبی کشور جهت هشدار و تخلیه مناطق سیل گیر و در حوزه های کوهستانی عمدتاً در جهت افزایش کارآیی کنترل سیل مخازن و آکاهی بهره برداران از سدها و ساکنین باید صورت گیرد.در این رابطه عمده ترین مشکل وقوع سیل در حوزه های با سیلابهای ناگهانی، تلفات جانی و مالی فراوان این سیل ها و در حوزه های کوهستانی مسئله بهره برداری و کنترل سیل سدهای موجود و همچنین سیلاب طراحی طرح های در حال توسعه می باشد.
علیرغم این واقعیت، در حوزه های آبریز کشو.ر پیش بینی سیل حتی در ساده ترین شکل آن به ندرت انجام شده و حتی از تجربیات کشورهای در حال توسعه نیز در این زمینه بهره گیری نشده است.
در سالهای اخیر به مسئله پیش بینی در حوزه های آبریز بزرگ کشور توجه شده و پروژه های تحقیقاتی محدودی در این زمینه تعریف شده است.
اولین پروزه ایی که در زمینه پیش بینی سیل در کشور انجام شده است پروژه هشدار سیل حوزه های خوزستان بوده است.
پروژه دیگر نظیر پیش بینی سیل رودخانه کر در سازمان تحقیقات منابع آب در دست انجام می باشد.
آنچه مسلم است اینست که توسعه این سیستم ها پس از نصب اولیه و آزمایش و کالیبراسیون مدلها طی سالهای مختلف در شرایط واقعی سیستم عملی بوده است و کما اینکه در سایر کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه نیز به همین ترتیب بوده است.بنابر این برای رسیدن به یک سیستم پیش بینی قابل اعتماد، نصب و راه اندازی مدلهای موجود و توسعه اصلاح آنها با توجه به امکانات و اطلاعات موجود در هر زمان ضروری می باشد.
اسلاید 12 :
نتیجه گیری:
هر چند که در ابتدای نصب هر سیستم پیش بینی از سیستم های سنتی گرفته تا پیشرفته، مشکلات عمده ایی وجود دارد ولی با سعی کارشناسان و منخصصین امر و همچنین بهره گیری از تجربیات ارزنده کارشناسان محلی می توان به این مهم دست یافت. بنابر این جهت توسعه عملی سیستم های پیش بینی سیل مراحل زیر را می توان پیشنهاد نمود:
الف: به عنوان اولین گام عملی و سریع جهت تجهیز حوزه ها به سیستم پیش بینی اولیه ، میتوان به تعیین و استفاده از روابط همبستگی بین ایستگاهها پیش بینی و ایستگاههای واقع در سر شتخه های حوزه اشاره کرد. این روش در کشورهای آسیایی جنوب شرقی کاربرد فراوان داشته است. هر چند که این روش از خطای پیش بینی قابل ملاحظه ایی نسبت به سیستم های خبره برخوردار است، ولی توسعه، کاربرد و بهره برداری از آن در شرایط کنونی حوزه ها امکن پذیر بوده و جهت شناخت هر چه بهتر حوزه در این زمینه، روش مفیدی می باشد.
ب: مرحله دوم در توسعه سیستم های پیش بینی، ایجاد سیستم تله متری و پایش حوزه با توجه به امکانات، اطلاعات و بودجه ريالی موجود می باشد. در این راستا شناسایی حداقل ایستگاههای هیدروکلیماتولوژی و موقعیت آنها جهت تجهیز در سیستم تله متری و همچنین تعیین نحوه اندازه گیری و انتقال اطلاعات از ایستگاههای سنجش از راه دور به مرکز پیش بینی سیل ضروری خواهد بود. در این زمینه شرکت مرکز تحقیقات نیرو (متن) مطالعات اولیه ایی برای حوزه های استان خوزستان انجام داده است.
ج: مرحله سوم ایجاد سیستم پیش بینی سیل پیشرفته با توجه به نوع اطلاعت مخابره شده و همچنین کمیت و کیفیت این اطلاعات می باشد.در توسعه این سیستم ها استفاده از تحربیات بین المللی و همچنین بکارگیری نرم افزارهای موجود در این زمینه در پیشبرد هر چه سریعتر اهداف چشم گیر خواهد بود.
با این حال توجه به بودجه لازم برای بکارگیری ایم مدلها و همچنین در نظر گرفتم کمبود اطلاعاتی کشور در این زمینه ضروری خواهد بود.
اسلاید 13 :
اهمیت پیش بینی سیل در بهره برداری از مخازن
با توجه به تمرکز بارش در فصولی از سال در اکثر حوزه های آبریز و وجود سیلابهای خسارت زا در این فصول، یکی از مهمترین اهداف سدهای مخزنی موجود در کشور کنترل سیلابهای ورودی به این مخازن و کاهش خسارات سیل در پایاب آنها می باشد. در این راستا، یکی از مشکلات بهره برداران از مخازن در مواقع سیلابی ، عدم وجود الگوی مشخص بهره برداری با توجه به مشخصات مخزن و شدت سیلاب ورودی به مخزن و همچنین عدم آگاهی آنها از وضعیت سیلاب سرشاخه حوزه می باشد.
این موضوع سبب شده است که همواره نحوه کنترل سیل و حتی تراز نرمال بهره برداری در فصول سیلابی به صورت کاملاً محافظه کارانه تعیین شده و از حجم ذخیره مخزن در این فصول به صورت بهینه استفاده نگردد. این موضوع نه تنها در مورد مخازن بلکه در سایر طرحهای منابع آب از قبیل تونلهای انحراف و سیستمهای انحراف موقتی نیز تاثیر گذاشته است. تونلهای انحراف که عمدتا جهت انحراف آب رود خانه در زمان ساخت سدها طراحی می گردند، بسته به درجه خطر وقوع سیل، ظرفیت آبگذاری آنها تعیین می گردد.
در اکثر این طرحها به علت وقوع سیل در دوران ساخت سد و خسارات فراوان ناشی از وقوع آن، سیلاب طراحی این طرحها با ضریب اطمینان بالایی در نظر گرفته می شود. در این مورد تنها به این نکته اشاره می شود که با مدیریت کنترل سیل نه تنها در نحوه بهرهبرداری از سازه های آبی بلکه در تعیین سیلاب طراحی سیستم های آبی نیز میتوان تحول قابل توجهی ایجاد کرد. ایجاد سیستم های پیش بینی سیل بعنوان ابر=زاری برای مدیریت کنترل سیل مخازن در افزایش کارایی مخازن موجود و کاهش هزینه های اجرایی سدهای در دست مطالعه بسیار حائز اهمیت می باشد. جهت مقایسه درجه بهبود بهره برداری در صورت وجود سیستم های پیش بینی سیل، به صورت موردی مطالعه کنترل سیل مخازن دز و کارون 1 به شرح زیر انجام شده است:
اسلاید 14 :
مخازن دز و کارون 1
سیستم رودخانه های دز و کارون با دو مخزن در دست بهرهبرداری و چهار سد دز دست ساخت، از غنی ترین منابع آبی کشور به شمار می رود. بهرهبرداری از مخازن موجود این سیستم رودخانه ایی بر عهده شرکتهای بهره برداری دز و کارون بوده که الگوریتم بهرهبرداری از آنها توسط دفتر بهره برداری سازمان آب و برق خوزستان دیکته میشود. بهرهبرداری کنترل سیل این مخازن عمدتاً بر اساس افزایش تراز و وضعیت سیلابی حوزه های پایین دست مخازن بوده و در بعضی مواقع سیلاب ایستگاههای بالا دست مخازن در تعیین عملکرد آنها در نظر گرفته شده است. آنچه مسلم است اینست که حتی در صورت پیش بینی سیل بر اساس ایستگاههای بالا دست مخزن، به علت فاصله زمانی کم بین ایستگاهها و مخزن، زمان پیش بینی به حدی نیست که در بهره برداری کنترل سیل مخزن تاثیر زیادی بگذارد. در این رابطه ایستگاههای هیدرومتری واقع رد سر شاخه های حوزه ها که اختلاف زمانی وقوع سیل در آنها نسبت به مخازن قابل توجه می باشد، در بهربرداری کنترل سیل مخازن در نظر گرفته نمی شوند.بنابر این به جرات میتوان گفت که بهره برداری کنونی کنترل سیل مخزن صرفاَ بر اساس شدت سیلاب ورودی به مخزن و بدون در نظر گرفتن وضعیت سیلاب سر شاخه ها می باشد.
جهت مقایسه وضعیت کنترل سیل مخازن دز و کارون1 در دو خالت بهرهبرداری بر اساس پیش بینی سیل و بهرهبرداری بر اساس تراز مخزن، کنترل سیلاب 100 ساله حوزه شبیه سازی شدهاست. در این راستا بهرهبرداری مخزن یا به عبارت دیگر مانور دریچه های سرریز یکبار بر اساس افزایش تراز مخزن و یکبار بر اساس سیلاب ورودی پیش بینی شده به مخزن تعیین شده است.
بهره برداری بر اساس سیلاب ورودی مستلزم آگاهی از کمیت سیلاب ورودی به مخزن در یک گام زمانی آتی( بسته به گام محاسباتی زمانی) می باشد.
در این مقاله گام زمانی محاسباتی 6 ساعت در نظر گرفته شده است. با وجود اینکه 6 ساعت پیش بینی سیل قبل از وقوع آن در حوزه آبریز دز و کارون با زمان تمرکز بالای 30 ساعت، مقدار کمی است ولی از آنجا که با افزایش پیش بینی (Lead time) ، دقت پیش بینی کاهش یافته و برعکس با کاهش زمان پیش بینی، دقت افزایش می یابد. لذا تاثیر پیش بینی سیل با اطمینان پذیری و دقت بالای بررسی شده تا خطای پیش بینی به حداقل برسد و تاثیر آن در در بهرهبرداری کاهش یابد.
برای تعیین نحوه مانور دریچه ها بر اساس افزایش تراز مخزن، مسئله انطباق شبیه سازی کنترل سیل با شرایط واقعی بهرهبرداری و استفاده از حداکثر حجم مخزن برای کنترل سیلاب ورودی مدنظر قرار گرفته است.
اسلاید 15 :
حداکثر ظرفیت پایاب سد در هر دو حالت بهره برداری برای مخزن سد کارون 1ودز به ترتیب 2350 و 1980 متر مکعب بر ثانیه در نظر گرفته شده است.در این حالت حداکثر گشودگی دریچه های سرریز، برای سد کارون 1 ، 15% و برای سد دز 30% می باشد. نحوه مانور دریچه های سرریز و نیروگاه بر اساس افزایش تراز مخزن در جدول (1) نشان داده شده است.
اسلاید 16 :
همانطور که در این جدول مشخص است، در تراز نرمال بهره برداری، در سد کارون 1 دو واحد از چهار واحد نیروگاه با دبی خروجی 360 و در سد دز چهار واحد از هشت واحد نیروگاه با دبی خروجی 260 متر مکعب بر ثانیه فعال هستند.با افزایش تراز مخزن، تعداد بیشتری از واحد های نیروگاه کارون 1 فعال شده و در مورد سد دز به علت محدودیت دیسپاچینگ جهت تنظیم فرکانس برق کشور، تعداد واحد های تولید نیرو ثابت در نظر گرفته شده و از تراز 341 متر به بالا دریچه های سرریز فعال شده اند. در مورد نیرو گاه سد دز، با بررسی بهره برداری ثبت شده، چهار واحد تولید نیرو در فصول تر به صورت فعال در نظر گرفته شده است. با افزایش تراز مخزن در سد کارون1 ظرفیت تولید نیروگاه، به حداکثر رسریده و در صورت افزایش تراز مخزن با حداکثر تخلیه نیروگاه، دریچه های سرریز با گشودگی تدریجی هر یک از دریچه ها فعال شده اند. حداکثر گشودگی دریچه های سرریز سد کارون1 در تراز 530 متر و سد دز در تراز 345 متر رخ داده است. مانور دریچه های سرریز به صورت گشودگی تدریجی مشابه بهرهبرداری واقعی سدها نیز اعمال میگردد.
مطمئن ترین راه کار کنترل سیلابهای کوچک و بزرگ که مسئله آبگیری و افزایش حجم ذخیره مخزن را به مخاطره نیاندازد، گشودگی تدریجی دریچه هاست. در صورت نبود پیش بینی از سیلاب سر شاخه های حوزه ، این روش بهره برداری از تخلیه مخزن در سیلابهای کوچک و عدم آبگیری در سیلابهای بزرگ جلو گیری به عمل می آورد. با استغاده از الگوی بهرهبرداری فوق، به صورت سعی و خطا، تراز نرمال بهره برداری طوری تعیین می شود که از حداکثر حجم مخزن استفاده شده و در عین حال گشودگی دریچه ها از حداکثر میزان در نظر گرفته شده افزایش نیابد. بر این اسا تراز نرمال بهرهبرداری یا تراز ائلیه کنترل سیل برای مخازن کارون 1 و دز به ترتیب 514 و 338 متر حاصل شده اند.
نحوه عملکرد مخازن کارون 1 و دز برای کنترل سیلاب 100 ساله مطابق اشکال (1) و (2) حاصل شده است:
اسلاید 17 :
نحوه کنترل سیل مخازن در صورت پیش بینی سیل در 6 ساعت آینده و استفاده از آن در بهره برداری، به صورت زیر بوده است:
هیدروگراف سیلاب ورودی با پیش بینی 6 ساعته در مخزن روندیابی شده است.
دبی خروجی از مخزن در صورتی که کمتر از ظرفیت مجاز پایین دست (حداکثر گشودگی در نظر گرفته شده) باشد منطبق بر هیدروگراف سیلاب ورودی شده است.این نوع بهرهبرداری به علت پیش بینی یک گام به جلو هیدروگراف ورودی به مخزن در زمان واقعی قابل اجرا می باشد.
در صورت افزایش دبی خروجی از سد از ظرفیت پایین دست، دبیخروجی از مخزن منطبق بر ظرفیت پایاب سد شده است.
در صورت پر شدن حجم مخزن و وجود ظرفیت بالای تخلیه، سیلاب خروجی از سد بیستر از ظرفیت مجاز پایین دست شده و به حدی می رسد که تراز مخزن از حداکثر تراز مجاز مخزن تجاوز نکند.
طبق دستورالعمل فوق، تراز نرمال بهرهبرداری از مخازن(تراز اولیه کنترل سیل)طوری تعیین شده است که ضمن استفاده کامل از حجم کنترل سیل، بند چهارم دستورالعمل فوق اتفاق نیافتد. بدین معنی که از حداکثر ظرفیت مخزن برای تخلیه سیلاب در حد ظرفیت پایاب سد استفاده شده است. با اعمال موارد فوق الذکر، تراز نرمال بهرهبرداری در مخازن کارون 1 و دز به ترتیب 520/7 و 345/3 متر حاصل شده است. عملکرد مخازن کارون 1 و دز در کنترل سیلاب 100 ساله به ترتیب در اشکال (3) و (4) آمده است:
اسلاید 18 :
مقایسه تراز مخزن در دو حالت بهرهبرداری بر اساس پیش بینی سیل و تراز مخزن، به ترتیب در اشکال (5) و (6) و دبی خروجی از مخزن در اشکال (7) و (8) آمده است. خلاصه نتایج بهرهبرداری و مشخصات مخازن در دو حالت بهره برداری در جدول (2) نشان داده شده است:
اسلاید 19 :
همانطور که در این جدول مشخص شده است، در حالت اعمال بهرهبرداری بر اساس جریان پیش بینی شده در 6 ساعت آینده نسبت به بهره برداری بر اساس تراز مخزن، در سد کارون1، تراز نرمال بهرهبرداری به میزان 9/7 متر افزایش و حجم کنترل به میزان 64/6 % کاهش یافته است. همچنین این مقادیر در سد دز به ترتیب 4/3 متر و 56/3 % می باشد. مقایسه نحوه عملکرد کخازن در هر یک از حالتهای بهره برداری به این امر منتج شده که در بهره برداری براساس تراز، جریان خروجی از مخزن در اوایل ورود سیل به مخزن کمتر از حالت بهره برداری بر اساس پیش بینی جریان ورودی، بوده که این امر سبب پر شدن زودهنگام مخزن در این حالت بهره برداری شده است. بنابر این برای کنترل یکسان سیلاب در دو حالت بهرهبرداری، حجم کنترل سیل لازم در بهره برداری بر اساس تراز مخزن، به مراتب بیشتر خواهد بود.
از آنجا که در طول فصل سیلابی این بخش از حجم مخزن جهت کنترل سیلابهای ورودی به آن خالی داشته می شود، لذا علاوه بر کاهش هد موثر نیروگاه و در نتیجه کاهش تولید انرژی در طول فصول سیلابی، خالی بودن مخزن در سالهای خشک اطمینان پذیری آبگیری مجدد آن را کاهش می دهد. در اکثر سالها ، آبگیری مخزن از اوایل یا ائاخر فصل زمستان آغاز می شود. در صورت کاهش حجم مخزن و کاهش پتانسیل آبدهی ورودی، آبگیری مخزن در آن سال به مخاطره خواهد افتاد. بنابر این پیش بینی سیل نه تنها از نظر کنترل بهتر سیل بلکه از لحاظ افزایش تولید انرژی و حجم ذخیره مفید مخزننیز حائز اهمیت می باشد.
جهت مقایسه افزایش تولید نیروگاهی در سدهای دز و کارون 1 در دو حالت بهرهبرداری کنترل سیل، با استفاده از 80% ظرفیت تولید نیروگاه کارون1 و 60% ظرفیت تولید نیروگاه دز انرژی تولیدی آنها به صورت جدول (3) محاسبه شده اند.
اسلاید 20 :
علت در نظر گرفتن 60% تولید نیروگاه دز، محدودیت اعمال شده از طرف دیسپاچینگ جهت تنظیم فرکانس شبکه برق کشور بوده است. همانطور که مشاهده می شود انرژی تولیدی در 5 ماه سیلابی از آذر تا فروردین، در اثر افزایش تراز نرمال مخزن با استفاده از سیستم پیش بینی سیل 5/2 % افزایش نسبت به بهرهبرداری کنترل سیل تراز مخزن نشان می دهد. البته این درصد افزایش با در نظر گرفتن کارکرد نیروگاهها با درصدی از ظرفیت تولید می باشد، که در شرایط کنونی بهره برداری مخزن به علت محدودیت دیسپاچینگ و نیمه پیک بودن نیرو گاهها در ساعات غیر پیک بار برق کشور، به واقعیت نزدیک می باشد.
در صورت اعمال سیاست بهره برداری حداکثر از نیروگاه های آبی توسط شرکت توانیر، درصد افزایش تولید انرژی در صورت پیش بینی سیل جهت بهرهبرداری کنترل سیل بهبود خواهد یافت. لازم به ذکر است که این مقایسه صرفاً در صورت پیش بینی سیل در 6 ساعت آینده بوده و در صورت تجهیز حوزه به سیستم های پیش بینی سیل این زمان به مراتب افزایش خواهد یافت. از طرف دیگر به علت وجود ظرفیت تخلیه بالای مخزن در تراز های فوقانی آستانه سرریز ( سرریز مجهز به دریچه های کنترل قطاعی) با افزایش زمان پیش بینی امکان کاهش تراز مخزن را تا پایین تر از تراز آستانه سرریز به راحتی امکان پذیر می سازد.
این موضوع به خصوص در کنترل سیلابهای بزرگ حوزه و اطمینان از کاهش سیلاب طراحی سازه های پایین دست و کنترل زمان واقعی سیل توسط مخازن بالادست حائز اهمیت می باشد. علاوه بر مسائل فوق، با افزایش تعداد مخازن در سیستم رودخانه ایی مسئله کنترل سیلاب آنها پیچیده تر شده در شرایط، بهره برداری یکپارچه مخازن و ایجاد سیستم های کنترل سیل در حداقل کردن خسارت ناشی از وقوع سیل در مناطق سیل گیر بسیار موثر خواهد بود. هماهنگی مخازن جهت کنترل سیلاب حوزه های بالادست و میانی مستلزم ایجاد سیستم های کامپیوتری و استفاده از نرم افزار می باشد. چرا که در چنین شرایطی تعداد حالات ترکیب بهرهبرداری به حدی زیاد می شود که امکان انتخاب مناسبترین حالت بدون بکارگیری کامپیوتر وجود ندارد.
بنابر این با توسعه حوزه آبریز و پیچیده شدن آن، ضرورت ایجاد سیستم های کنترل زمان واقعی بیشتر محسوس شده و بدون آن عملاً بهره برداری بهینه از سیستم غیر ممکن خواهد بود. این موضوع به خصوص در حوزه آبریز کارون با به بهره برداری رسیدن مخازن در دست ساخت و همچنین با اجرای سایر طرحهای در دست مطالعه صادق بوده و رد اولویت بندیهای حوزه های آبریز کشور برای ایجاد سیستم های مدیریت سیلاب باید مدنظر قرار گیرد.
بنابر این فواید ایجاد سیستم پیش بینی سیل را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
افزایش راندمان سیستم موجود مخازن در کنترل بهینه سیل و افزایش تراز نرمال بهره برداری
ایجاد سیستم پویای کنترل سیل با هماهنگی بهرهبرداری کنترل سیل مخازن
آگاهی کامل از وضعیت سیلاب سر شاخه ها و مناطق سیلگیر و اخذ تصمیم گیریهای مناسب
کاهش سیلاب طراحی با کنترل بهینه سیلاب با استفاده از مخازن بالادست.
