چکیده

امروزه آب به عنوان کلید توسعه، در جوامع بشری اهمیت فوق­العاده­ای پیدا کرده و کشور ایران نیز از این قاعده مستثنی نمی­باشد. بویژه آنکه این کشور در منطقه خشک و نیمه خشک جهان قرار دارد. شرايط آب و هوايي حاكم بر استان کرمانشاه  و محدوديت هاي موجود در منابع آب زيرزميني، بهره وري بيشتر از منابع آب هاي سطحي را اجتناب ناپذير مي نمايد. از سوي ديگر عدم بهره برداري از پتانسيل­ آب­هاي سطحي استان، افزایش جمعيت و به تبع آن افزايش نيازها در سنوات اخير، باعث برداشت بي­رويه و غير اصولي از منابع آب زيرزميني اغلب دشت­هاي استان شده است. در دهه­های گذشته با رشد قابلیت­های نرم­افزاری، امکان توسعه مدل­های رایانه­ای فراهم شده است که به نوبه خود نقش بسزایی در بهینه­سازی و شبیه­سازی منابع آب داشته است. امروزه تجزیه و تحلیل مسائل منابع آب با استفاده از مدل­های هیدرولوژیکی که فرآیندهای از قبیل بارش، تبخیر، نفوذ و رواناب را شبیه­سازی می­کنند، از جایگاه ویژه­ای برخوردار است. یکی از پر کاربردترین این نرم­افزارها در سال­های اخیر نرم­افزار WEAP بوده است. WEAPدر زمینه برنامه­ریزی و ارزیابی پروژه­های آبی، اجزای مختلف یک حوضه و رودخانه را گرد هم می­آورد. این تحقیق در حوضه گاماسیاب که زیر حوضه شمال شرقی حوضه کرخه است، انجام شده است. هدف از این تحقیق بررسی جامع منابع آب سطحی حوضه گاماسیاب با توجه به سدهای در دست ساخت و مطالعه بوده است. بخش اعظم این حوضه در استان کرمانشاه و سرشاخه­ آن در استان همدان قرار دارد. رودخانه اصلی این حوضه رودخانه گاماسیاب است که برروی شاخه­های آن در استان کرمانشاه سدهای جامیشان، قشلاق علیا و آناهیتا (کبوتر لانه) در دست ساخت، و سد بیستون در پایین دست آنها در دست مطالعه است. بمنظور ساخت مدل WEAP تعریف مسئله  قالب زمانی، محدوده مکانی، اجزای سیستم و طراحی مسئله انجام گردیده است. سپس با اعمال سناریوهای مختلف وضعیت طرح در شرایط آینده با توجه به سیاست گذاری­های موجود، سنجیده شده است. در این پژوهش داده­های هیدرولوژیکی 41 ساله حوضه گاماسیاب جهت کالیبراسیون مورد استفاده قرار گرفته است و سناریوها نیز در دوره ای 40 ساله جهت بررسی عملکرد سد و نیز تأثیر سدهای بالادست بر سد پایین دست، با کمک نرم­افزار WEAP، به کار گرفته شده­اند. در شبیه­سازی حوضه، از روش مونتانا جهت برآورد نیاز زیست محیطی استفاده و گامهای زمانی بصورت ماهانه در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشانگر عملکرد مناسب سد بیستون در تأمین نیازهای مربوطه بوده است. سدهای بالا دست با کمبود آب در تأمین تقاضاهای حوضه مواجه بوده و برای جبران باید راهکارهای مناسبی اندیشیده شود. بیشترین کمبود در بخش کشاورزی سد قشلاق مشاهده شده است و توان تعریف شده انتقال خط انتقال آب از رودخانه گاماسیاب به سد بیستون مناسب می باشد.

کلمات کلیدی: مدیریت منابع آب، حوضه گاماسیاب، استان کرمانشاه، آب سطحی، مدل WEAP

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                         صفحه

فصل اول: کلیات

1-1 مقدمه ...................................................................................................................................................................................2

1-2 مصارف آب ..........................................................................................................................................................................2

1-3 مدیریت جامع منابع آب....................................................................................................................................................3

1-3-1 مفاهیم.......................................................................................................................................................................4

1-3-2 مدیریت جامع حوضه رودخانه..............................................................................................................................5

1-3-3 استفاده از مدل­سازی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب............................................................................6

1-4 نرم­افزار  WEAP................................................................................................................................................................6

1-5 اهداف تحقیق.......................................................................................................................................................................8

1-6 ضرورت تحقیق.....................................................................................................................................................................9

1-7 ساختار پایان نامه................................................................................................................................................................10

فصل دوم: پیشینه تحقیق

2-1 مقدمه...................................................................................................................................................................................12

2-2 مدل­سازی سیستم­های منابع آب در سطح حوضه آبریز..........................................................................................12

2-2-1 شبیه سازی سیستم منابع آب...........................................................................................................................13

2-2-2 انواع روش­های شبیه سازی................................................................................................................................14

2-2-3 بهینه سازی منابع آب.........................................................................................................................................16

2-2-3-1 انواع مدل­های بهینه­سازی............................................................................................................................17

2-2-4 انواع مدل­های هیدرولوژیکی.............................................................................................................................23

2-3 مدیریت منابع آب...........................................................................................................................................................25

2-3-1 تعریف مسأله و انتخاب متدولوژی...................................................................................................................25

2-3-2 محدوده مکانی، افق زمانی و مقیاس...............................................................................................................25

2-3-3 تمام فرآیندهای هیدرولوژیکی..........................................................................................................................25

2-3-4 تعیین داده­های مورد نیاز و آماده سازی آنها............................................................................................... 26

2-3-5 تشکیل مدل، واسنجی و اعتبار سنجی..........................................................................................................26

2-3-6 ارزیابی گزینه­های مدیریتی..............................................................................................................................27

2-4 مدیریت یکپارچه منابع آب ........................................................................................................................................27

2-5 انتخاب مدل .................................................................................................................................................................29

2-5 مدل WEAP ............................................................................................................................................................32

2-6 پیشینه استفاده از مدل مدیریتی WEAP .........................................................................................................34

فصل سوم: مواد و روش

3-1 مقدمه ..........................................................................................................................................................................41

3-2 ابعاد مکانی مسئله ....................................................................................................................................................41

3-3 حوضه رودخانه ..........................................................................................................................................................43

3-3-1 رودخانه گاماسیاب ........................................................................................................................................43

3-3-2 رودخانه خرمرود ...........................................................................................................................................44

3-3-3 رودخانه دینور ...............................................................................................................................................44

3-4 داده­های هیدرولوژیکی ...........................................................................................................................................45

3-4-1 ایستگاه­های حوضه ......................................................................................................................................46

3-4-1-1 ایستگاه پل­چهر ................................................................................................................................46

3-4-1-2 ایستگاه دوآب ..................................................................................................................................46

3-4-1-3 ایستگاه آران ....................................................................................................................................47

3-4-1-4 ایستگاه پل­حاجی آباد ...................................................................................................................47

3-4-1-5 ایستگاه حیدر آباد .........................................................................................................................47

3-4-1-6 ایستگاه پیرسلمان .........................................................................................................................47

3-4-1-7 ایستگاه کله جوب .........................................................................................................................47

3-4-2 دبی رودخانه ..............................................................................................................................................48

3-4-3 تبخیر ..........................................................................................................................................................50

3-5 سدهای حوضه ......................................................................................................................................................50

3-6 تقاضای آب ............................................................................................................................................................53

3-6-1 نیاز کشاورزی ............................................................................................................................................53

3-6-2 نیاز صنعت .................................................................................................................................................54

3-6-3 نیاز شرب ...................................................................................................................................................55

3-6-4 نیاز زیست محیطی .................................................................................................................................56

3-7 واسنجی و اعتبار سنجی مدل ..........................................................................................................................56

3-7-1 گام زمانی ..................................................................................................................................................56

3-7-2 واسنجی مدل ...........................................................................................................................................57

3-7-3 اعتبار سنجی مدل ..................................................................................................................................58

فصل چهارم: بررسی سناریوهای مختلف

4-1 مقدمه ..............................................................................................................................................................64

4-2 سناریوی 1 .....................................................................................................................................................64

4-2-1 سناریوی 1 الف .................................................................................................................................65

4-2-2 سناریوی 1 ب ...................................................................................................................................66

4-3 سناریو 2 .........................................................................................................................................................67

4-3-1 سناریو 2 الف .....................................................................................................................................67

4-3-2 سناریو 2 ب .......................................................................................................................................69

4-4 سناریو 3 ........................................................................................................................................................70

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 مقدمه ...........................................................................................................................................................74

5-2 نتیجه گیری ................................................................................................................................................74

5-3  پیشنهادات .................................................................................................................................................75

منابع ......................................................................................................................................77

پیوست ................................................................................................................................................................80

فهرست اشکال

شکل                                                                                                                                                صفحه

فصل دوم: پیشینه تحقیق

شکل 2-1 نمونه شبکه گره یال در نرم­افزار WEAP ........................................................................................................14

شکل 2-2 گستره مدل­های شبیه­سازی از داده­گرا تا فرآیندگرا.........................................................................................15

فصل سوم: مواد و روش

شکل 3-1 موقعیت حوضه گاماسیاب .....................................................................................................................................42

شکل 3-2 طرح شماتیک رودخانه و ایستگاه­های حوضه ...................................................................................................45

شکل 3-3 میانگین سالانه دبی عبوری در ایستگاه پل چهر ..............................................................................................49

شکل 3-4 مقایسه دبی شبیه سازی شده با دبی اندازگیری شده ....................................................................................58

شکل 3-5 درصد زمانی حجم سد آناهیتا (کبوترلانه) در ضرایب مختلف نیازها ..........................................................59

شکل 3-6  درصد زمانی حجم سد بیستون در ضرایب مختلف نیازها ............................................................................60

شکل 3-7 درصد زمانی حجم سد قشلاق در ضرایب مختلف نیازها ...............................................................................61

شکل 3-8 درصد زمانی حجم سد جامیشان در ضرایب مختلف نیازها ..........................................................................61

شکل 3-9   مقایسه نمودار درصد زمانی حجم سدهای حوضه در حالت پر یا خالی...................................................62

فصل چهارم: نتایج

شکل 4-1 طرح شماتیک سناریو 1 ......................................................................................................................................64

شکل 4-2 نمودار درصد زمانی حجم سد بیستون در سناریو 1 الف .............................................................................65

شکل 4-3 مقایسه نمودار درصد زمانی حجم سد بیستون در سناریو 1 الف و ب .....................................................67

شکل 4-4 درصد پوشش نیازهای حوضه در سناریو 2 الف ............................................................................................68

شکل 4-5 نمودار درصد زمانی حجم سدهای حوضه گاماسیاب سناریو2 الف ...........................................................69

شکل 4-6 مقایسه نمودار درصد حجم سد بیستون در دو حالت سناریو 2 ................................................................70

شکل 4-7 درصد پوشش نیازهای حوضه ...........................................................................................................................71

شکل 4-8 حجم پوشش نیافته نیازهای حوضه در سناریو 3 .........................................................................................71

فهرست جداول

جدول                                                                                                                                               صفحه

فصل سوم: مواد و روش

جدول  3-1 مشخصات فیزیوگرافی دشت­های مطالعاتی رودخانه گاماسیاب .................................................................43

جدول 3-2 مشخصات جغرافیایی ایستگاه­های حوضه .........................................................................................................48

جدول 3-3 میزان تبخیر از سطح آزاد در محل ساختگاه سد ...........................................................................................50

جدول 3-4 مشخصات سدهای حوضه ....................................................................................................................................53

جدول 3-5 متوسط مصرف سرانه شهری کل محدوده طرح .............................................................................................55

جدول 3-6 میزان نیاز زیست محیطی (مترمکعب بر ثانیه) ..............................................................................................56

فصل چهارم: نتایج

جدول 4-1 درصد اعتماد پذیری در پوشش نیازهای سد های حوضه سناریوی 2 .....................................................68