تحقیقات منابع آب ایران
سال:1393 | دوره:10 | شماره:1 (مسلسل 29) |تعداد مقالات:12

بحث عدم قطعیت و خطا در تصمیم گیری ها در مدیریت منابع همواره می تواند تبعات اجتماعی و اقتصادی جدی به همراه داشته باشد. این موارد می تواند ناشی از عوامل مختلفی مانند قیمت، عملکرد و پیش بینی جریان باشد که از این بین، مورد آخر بیشترین مشکلات را معمولا به دنبال دارد. در این تحقیق تلاش شده است با استفاده از مفهوم ارزش در معرض ریسک شرطی (CVaR)، الگوریتمی به منظور تخصیص بهینه منابع آب در شرایط عدم قطعیت ارائه گردد. در این راستا یک مدل بهینه سازی - شبیه سازی با لحاظ شرایط کمی و کیفی آب ارائه گردید که قادر است، مقادیر بهینه تخصیص آب را در شبکه های آبیاری، محصولات و مراحل رشد آنها با توجه به کمینه ریسک خطا در تصمیم گیری ناشی از پیش بینی جریان محاسبه کند. برای ارزیابی و بررسی روش شناسی ارائه شده از اطلاعات شبکه های آبیاری زاینده رود طی سال های 87-1362 استفاده گردید. نتایج نشان داد که بهره گیری از مفهوم احتمالاتی CVaR در مدل تخصیص منابع آب، می تواند علاوه بر توصیف نحوه تغییرات ریسک پذیری سامانه در افق زمانی مورد نظر، میزان تخصیص بهینه آب را به گونه ای تعیین کند که خسارت وارده و ریسک ناشی از تصمیم گیری نادرست به واسطه شرایط غیر قطعی هیدرولوژیکی، کمینه گردد و در عین حال به نحو مطلوبی یک فضای احتمالاتی تصمیم را به منظور اتخاذ تصمیمات واقع بینانه در اختیار کاربر قرار دهد.

در حال حاضر سازوکار تخصیص آب در کشور به صورت دستوری می باشد که منجر به ایجاد تنش و رقابت بین بخشی و بین منطقه ای شده است. با توجه به اینکه آب در بازار مبادله نمی شود و در بیشتر موارد به خصوص در بخش کشاورزی به بهای بسیار اندکی مبادله می شود؛ ارزش واقعی آب در سیستم حسابداری ملی و چرخه پولی اقتصاد در نظر گرفته نمی شود. ولی، در واقعیت آب به طور مستقیم و نامستقیم نهاده اولیه بسیاری از کالاها و خدمات در اقتصاد است. از مهمترین راهکارهای مقابله با کم آبی تخصیص بهینه بر اساس ایجاد بالاترین ارزش است. هدف این مطالعه ارزیابی آثار رفاهی تغییر روش تخصیص منابع آب از دستوری به بازاری در اقتصاد کشور می باشد. با توجه به ارتباطات پسین و پیشین بخش آب با سایر بخش ها؛ در این مطالعه از مدل تعادل عمومی استفاده شده است. از طرفی، جهت لحاظ نمودن ارزش واقعی آب در حساب های ملی، آب به عنوان عامل اولیه تولید در ماتریس حسابداری اجتماعی لحاظ شده است. نتایج ایجاد بازار آب در شرایط کم آبی نشان می دهد که رفاه خانوارهای شهری و روستایی به ترتیب کاهش و افزایش می یابد. همچنین رفاه دهکهای بالای روستایی در مقایسه با دهکهای پایین افزایش چشمگیری دارد که نشانگر آن است که دهکهای بالاتر سهم بیشتری از مالکیت زمین های دارای حقابه را دارا می باشند.

آب های زیرزمینی در ایران منبع مهمی برای تامین آب شیرین هستند و در صورت بروز آلودگی، فرایند احیاء آن امکان پذیر نمی باشد. یکی از راه های مناسب برای جلوگیری از آلودگی آبخوان، شناسایی مناطق آسیب پذیر است. وجود مرزهای نامشخص عاملی اثرگذار در مدل سازی آبخوان به عنوان یک پدیده مکانی می باشد. نظریه های زیادی برای عدم قطعیت ارائه شده اند. در تحقیق حاضر از تئوری راف و سیستم اطلاعات مکانی، در مدل سازی و برای عدم قطعیت آسیب پذیری آب های زیرزمینی از مدل دراستیک بهره گیری شد. همچنین دشت ارومیه که دشت مرکزی در مجاورت دریاچه ارومیه می باشد، به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب گردید. مدل سازی با استفاده از مجموعه راف در دو تقریب بالا و پایین انجام می شود و بر این اساس، بیشترین درصد در شاخص دراستیک برای تقریب بالا مربوط به پتانسیل آلودگی کم تا متوسط و برای تقریب پایین، مربوط به پتانسیل آلودگی خیلی کم برآورد شده است.

بروز بار آلاینده ناگهانی در منابع آب به هر یک از دو صورت تصادفی و انسان ساخت باعث ایجاد بحران می گردد. به طور مثال ورود بار آلاینده MTBA در سد قشلاق سنندج، وارد شدن ناگهانی بار آلاینده مشتقات نفتی در رودخانه زاینده رود و همچنین در رودخانه کرخه، نمونه ای از این قبیل بحران ها می باشد. هدف از تحقیق حاضر ارزیابی و شبیه سازی رفتار کیفی مخزن در شرایط ورود بار آلاینده ناگهانی می باشد که می تواند در مواجهه با بحران های کیفی به مدیران و تصمیم گیران در اتخاذ سیاست های کارا کمک نماید. در این مقاله با استفاده از نسخه سوم نرم افزار شبیه سازی کیفی دو بعدی میانگین عرضی (CE-QUAL-W2)، مدل شبیه سازی مخزن سد کرج تهیه شده و آلودگی بیولوژیکی با شاخص کلیفرم به عنوان بار آلاینده ناگهانی در نظر گرفته شد. سپس با در نظر گرفتن عوامل دخیل بر چگونگی پخش، جا به جایی و زوال کلیفرم، پنج سری سناریوی مختلف که شامل گزینه های مختلف نرخ زوال کلیفرم، حجم آب ذخیره مخزن، محل ورود بار آلاینده، دمای آب، آبدهی ورودی به مخزن و نرخ ته نشینی کلیفرم می باشد، برای 12 ماه سال تولید شد. بر اساس سناریوی های تعریف شده، میزان تاثیر هر یک از عوامل بر رفتار آلودگی بررسی گردید. نتایج نشان می دهد که محل ورود بار آلاینده تاثیر زیادی در میزان بیشینه غلظت آلودگی خروجی از سد و دوره بحران ناشی از آن دارد. به طوری که غلظت آلودگی خروجی و دوره بحران ناشی از ورود بار آلاینده در یک سوم پایینی مخزن به ترتیب 15 برابر غلظت آلودگی خروجی و 2 برابر دوره بحران ناشی از ورود بار آلاینده در یک سوم بالایی مخزن است.

برآورد مولفه های مختلف بیلان آب در مقیاس های مکانی بزرگ به دلیل عدم در اختیار بودن داده های مناسب، همواره با مشکلات فراوانی روبرو بوده است. در سال های اخیر با رشد فزاینده پایگاه های داده جهانی مبتنی بر برآوردهای ماهواره ای و همچنین افزایش توانایی های سخت افزاری و نرم افزاری در مدل سازی فرآیندهای پیچیده حاکم بر بیلان آب در سطح زمین، کوشش های زیادی به منظور استفاده مناسب از این ابزارهای نوین جهت کاهش مشکلات موجود در این زمینه به عمل آمده است. پروژه های بازیابی گرانش و آزمایش اقلیمی (GRACE) و سیستم جهانی تلفیق اطلاعات زمینی (GLDAS)، دو نمونه از پروژه های شاخصی هستند که مطالعه در خصوص امکان استفاده از نتایج آن ها جهت برآورد بیلان آب در مناطق مختلف کره زمین طی چند سال گذشته به صورت گسترده ای مورد توجه محققین قرار داشته است. با توجه به عدم توجه کافی به اینگونه منابع اطلاعاتی رایگان و سهل الوصول در مطالعات جاری کشور، تحقیق حاضر با هدف بررسی امکان استفاده از نتایج این پروژه ها در برآورد بیلان آب در حوضه های آبریز ایران انجام شد. بدین منظور حوضه آبریز دریاچه ارومیه به عنوان منطقه مطالعاتی انتخاب شد و مولفه های بیلان آب در این حوضه با استفاده از اطلاعات GRACE و GLDAS استخراج گردید. مقایسه مقادیر برآورد شده تغییرات بیلان کل آب در حوضه توسط GRACE و تغییرات مشاهداتی حجم آب دریاچه نشان دهنده وجود روند یکسان می باشد. همچنین برآورد تغییرات سالانه آب زیرزمینی نیز با استفاده از اطلاعات GRACE و GLDAS انجام شد که نشان دهنده قابلیت مناسب اطلاعات GRACE برای برآورد روند تغییرات آب زیرزمینی می باشد. نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد اطلاعات حاصل از GRACE می تواند به عنوان ابزار مناسبی برای انجام برآوردهای اولیه، سریع و کم هزینه در خصوص بیلان آب در حوضه های آبریز کشور مورد استفاده قرار گیرد.

مدیریت مصرف در بهره برداری از منابع آب، یک مسیر مستقیم جهت افزایش ارزش تولید شده توسط آب است که با مفهوم بهره وری آب شناخته می شود. با توجه به مشکلات کمبود آب در سال های اخیر و عدم تعادل در عرضه و تقاضای آب مدیریت مصرف، ایجاد انگیزه، آگاهی و قرار دادن قوانین محکمی که در کنار هم بتوانند مصرف آب را کاهش داده و بهره وری آب را بالا ببرند، الزامی است. از جمله ابزارهای کار آمد در مدیریت تقاضا، ابزار اقتصادی و به طور خاص قیمت گذاری آب است. در این تحقیق اثر قیمت گذاری آب و اعطای کمک هزینه به مصرف کنندگان کشاورزی به عنوان سیاست های تشویقی (از زیرمجموعه های ابزار اقتصادی) در حوضه زاینده رود برای بازه 10 ساله (1385-1376) شبیه سازی شده است. همچنین تاثیر افزایش قیمت آب و کمک هزینه در راستای افزایش راندمان آب در افزایش بهره وری و مصرف آب بررسی شده است. بدین منظور برای تخمین پتانسیل حداکثر سود خالص کشاورزی، یک مدل بهینه سازی با تابع هدف حداکثرسازی سود خالص تدوین شده است. نتایج نشان می دهد که با پیاده سازی این سیاست ها، می توان در کنار کاهش مصرف آب، سود خالص را برای یک دوره 10 ساله به 24932 میلیون ریال (1.8 برابر حالت فعلی) افزایش داد. همچنین با استفاده از این مدل و به کارگیری روش های برنامه ریزی ریاضی و بودجه بندی، مقدار ارزش اقتصادی آب تخمین زده شد. مقدار ارزش اقتصادی آب به دلیل افزایش راندمان از 1350 درابتدای دوره به 1780 ریال در انتهای دوره رسید. با توجه به نتایج به نظر می رسد که اگر اعطای کمک هزینه به مصرف کنندگان جهت افزایش راندمان آبیاری در بخش کشاورزی همگام با افزایش قیمت آب صورت پذیرد می تواند انگیزه مصرف کنندگان را در اصلاح الگوی مصرف افزایش دهد.

تمام بخار آب موجود در ستونی از جو (از سطح زمین تا انتهای وردسپهر) را آب قابل بارش گویند. آب قابل بارش یکی از مهم ترین عناصر موثر بر ریزش جو به ویژه بارش می باشد که شناخت رفتار آن همواره مورد توجه اقلیم شناسان بوده است. از این رو آب قابل بارش در بررسی تغییرات کوتاه و بلندمدت جو مورد توجه می باشد. به منظور محاسبه آب قابل بارش در جو ایران و روند تغییرات آن، ارتفاع آب قابل بارش روزانه محاسبه گردید. داده های لازم از پایگاه داده های NCARNCEP/NCAR وابسته به سازمان ملی جو و اقیانوس شناسی ایالات متحده طی دوره 1389- 1341 به دست آمد. این داده ها با تفکیک زمانی 4 ساعته (ساعت های، 00، 06، 12 و 18 به وقت گرینویچ) و توان تفکیک مکانی 2.5×2.5 درجه قوسی در دسترس است. در این مطالعه به منظور تحلیل روند از روش رگرسیون و آزمون من - کندال بهره گرفته شد. برای انجام محاسبات از امکانات برنامه نویسی در محیط نرم افزارGrads  و نرم افزارMatlab  و نیز برای انجام عملیات ترسیمی از نرم افزار Surfer بهره گرفته شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که ضریب تغییرپذیری مکانی آب قابل بارش در ایران بسیار زیاد و به شدت تحت تاثیر ارتفاعات می باشد؛ به طوری که بیشتر‏ین ضریب تغییرات آب قابل بارش در ارتفاعات به ویژه در امتداد کوه های زاگرس می باشد. کمترین میزان تغییرپذیری مربوط به نواحی مرکزی و سواحل دریای خزر و خلیج فارس می باشد. بررسی روند بلندمدت نیز نشان داد که آب قابل بارش در تمامی ساعت های مورد مطالعه در سراسر ایران دارای روند کاهشی بوده است. این روند در بیش از 70 درصد پهنه کشور و در سطح 95 درصد اطمینان معنی دار می باشد؛ اما در همه ساعات، نواحی جنوب شرق با وجود برخورداری از تغییرات بلند مدت کاهشی، فاقد روند معنی دار بوده است.

این پژوهش تلاشی به منظور توسعه و بهبود شبیه سازی انتشار امواج تراکم ناپذیر ناشی از شکست سد می باشد. با استفاده از روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) یک روش بهبود یافته پیش بینی - تصحیح، برای شبیه سازی جریان های تک فاز سطح آزاد در مسایل شکست سد معرفی می گردد. بدین منظور، دو طرح جدید برای گسسته سازی جملات نیروی لزجت و لاپلاسین فشار در معادلات ناویر - استوکس معرفی شده است که نقاط ضعف طرح های موجود را برطرف کرده و خاصیت سازگاری و پایداری را دارا می باشد. در ادامه، با استفاده از رویکرد اویلری و روش حجم سیال (VOF) در نرم افزار متن - باز OpenFoam، جریان های ناماندگار ناشی از شکست سد به صورت دو فاز در دو بعد حل می شود. به منظور بررسی دقت و کارآیی روش های ارائه شده، نتایج حاصله با یکدیگر و همچنین با نتایج مدل های آزمایشگاهی و عددی معتبر موجود در ادبیات تحقیق، مقایسه شده است. نتایج حاکی از دقت بالا و قابلیت هر دو رویکرد در شبیه سازی جریان های سطح آزاد شدید شکست سد می باشد. به ویژه روشSPH  ارائه شده، در ایجاد سازگاری، پایداری، همگرایی حل و بهبود چشمگیر توزیع فشار نقش به سزایی ایفا می کند.

برای تصمیم گیری برای جلوگیری از شورشدن و زه دار شدن تدریجی اراضی، نیاز به شناخت منشاء، حدود و میزان شوری و اطلاعات کمی و بهنگام از منطقه می باشد. با استفاده از پردازش و تفسیر تصاویر ماهواره ای و تحلیل های منطقه ای داده های آماری مانند هدایت الکتریکی و تغییرات تراز آبخوان میتوان به شناسایی مناطق شور و زهدار پرداخت. در تحقیق حاضر با تولید نقشه های کاربری فعلی و قدیمی اراضی و بررسی کمی پارامترهای نشانگر شوری، علاوه بر نشان دادن کارائی سنجش از دور با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست سنجنده هایETM+  و TM مربوط به تابستان سال های 1371 و 1381، تغییرات کمی سطح اراضی مناطق شور و زهدار دشت بهشهر در دوره آماری سالهای 81-1365 ارزیابی گردید. نتایج نشان می دهد در طی دوره مورد بررسی، سطح اراضی شور و دارای افت تراز آبخوان به مرور زمان افزایش یافته است. آنالیز داده های به دست آمده با نتایج حاصل از تفسیر تصاویر ماهواره ای نظیر افزایش سطح کلاس کاربری اراضی شور، دیم - شوره زار، کاهش اراضی زراعت آبی و باغات و افزایش سطوح کشت دیم هماهنگ می باشد.

مدل های ارتفاعی رقومی (DEMs) به علت دارا بودن ساختار بسیار ساده و کارایی بالا جهت انجام محاسبات در مدل های ریاضی بارش و رواناب، مورد توجه بسیاری قرار دارند. در حال حاضر روش های مختلفی جهت درونیابی داده های توپوگرافی و ساخت مدل ارتفاعی رقومی وجود دارد. در این تحقیق برای ساخت DEM از 6 روش مرسوم نظیر IDW، کریجینگ و کوکریجینگ در محیط ARCGIS استفاده به عمل آمده است. پس از تهیه DEM های مورد نظر، از مدل نیمه توزیعی TOPMODEL که مدلی مبتنی بر توپوگرافی می باشد استفاده گردید. نتایج حاکی از آن است که شاخص توپوگرافی که یکی از ارکان اساسی مدل مذکور می باشد، در برخی از روش های ساخت DEM دارای تغییرات قابل توجهی است. این امر منجر به تغییرات زیادی در الگوی تشکیل مناطق اشباع شده و براین اساس سهم جریان سطحی در تولید رواناب به شدت تحت تاثیر قرار گرفته است. همچنین بررسی نتایج خروجی مدل نشان می دهد که روش های مختلف ساخت DEM بر روی جریان متوسط رودخانه چندان موثر نبوده و تغییرات شاخص کارائی مدل (شاخص نش - ساتکلیف) معنی دار نمی باشد.