دانشگـــاه آزاد اسلامــــی

واحد استهبان

پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته ی مهندسی عمران/ مهندسی آب

عنــــــوان :

مطالعه اثرات تغییر اقلیم بر منحنی فرمان بهره­برداری سدها (مطالعه ی موردی سد دز)

استاد راهنما:

دکتـــــر علــی رضا مسّـــاح بــوانی

استـاد مشاور:

دکتــــــــر تــــورج سبـــزه‌واری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب

عنوان صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول: کلیّات  
1-1- مقدمه 5
1-2- مفهوم تغییر اقلیم و اهمیت مطالعه مدیریت مخزن سد 5
1-3- ضرورت انجام پژوهش 9
1-4- فرضیات پژوهش 10
1-5- پرسش‌های اصلی پژوهش 10
1-6- اهداف پژوهش 10
فصل دوم : مروری بر تحقیقات پیشین  
2-1- مقدمه 12
2-2- اثر تغییر اقلیم بر پارامترهای هیدرولوژیکی و منابع آب 12
2-3- اثر تغییر اقلیم بر عملکرد مخزن 18
فصل سوّم : منطقه‌ی مورد مطالعه  
3-1 – مقدمه 23
3 -2-منطقه مورد  مطالعه 23
فصل چهارم : مواد و روش‌ها  
4-1- مقدمه 28
4-2- آمار و اطلاعات مورد نیاز 29
           الف

4-2-1- آمار و اطلاعات دوره پایه

29
4-2-1-1-  مشخصات مخزن سد دز 34
4-2-2- آمار و اطلاعات دوره آتی 37
4-2-2-1- بکارگیری نتایج مدل‌های گردش عمومی برای شبیه‌سازی شرایط دوره آتی 37
4-2-2-2- سناریوهای اقلیمی و غیراقلیمی در دوره­های آتی 41
4-3-روش انجام پژوهش 44
4-3-1- ریز مقیاس نمایی خروجی‌های مدل‌های گردش عمومی 47
4-3-1-1- الگوریتم مدلLARS-WG 50
4-3-1-2 – تولید سناریوهای اقلیم روزانه آتی منطقه توسط مولد آب و هوای تصادفی LARS-WG 52
4-3-2-  شبیه سازی بارش رواناب 59
4-3-2-1-  مدل IHACRES 59
4-3-3- شبیه‌سازی رواناب در دوره آتی 63
4-4- بهینه سازی مخزن، برای تعیین منحنی فرمان 63
4-4-1- مقدمه 63
4-4-2- منحنی فرمان 63
4-4-3- شبیه‌سازی بهره‌برداری از مخازن 64
4-4-3-1- سامانه مخازن با اهداف تأمین نیاز برقابی 69
4-4-4- بهینه سازی بهره برداری از مخازن 70
4-4-4-1- قواعد بهره‌برداری از مخزن 71
4-4-4-2- روش های بهینه سازی و برنامه ریزی تکاملی 76
فصل پنجم : نتایج و بحث  
5-1- مقدمه 82
5-2- شبیه‌سازی بارش – رواناب 83
5-3- ریز مقیاس نمایی داده‌های منطقه توسط مدلLARS-WG      84                       85
5-3-1- مطالعه عملکرد مدل‌ Lars-WG در شبیه‌سازی و ریز مقیاس نمایی دما و بارندگی حوضه 84
5-3-2-  مطالعه تاثیر تغییر اقلیم بر مولفه های اقلیمی 86
ب

5-4- مطالعه تأثیر پدیده تغییر اقلیم بر رواناب منطقه در دوره آتی

112
5-5–بهره‌برداری از مخزن 113
فصل ششم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات  
6-1- مقدمه 118
6-2- جمع‌بندی 119
6-3- پیشنهادات 121
فصل هفتم : فهرست منابع و مآخذ  

مقدمه
     این مطالعه با عنوان “مطالعه اثرات تغییر اقلیم بر منحنی فرمان بهره‌برداری سدها (مطالعه موردی سد دز)” در قالب فصول زیر ارائه شده می باشد:
     فصل اول شامل کلیاتی در مورد مفهوم تغییر‌اقلیم، مطالعه پیامدهای آن بر منابع طبیعی و منابع آب بوده و ضرورت، هدف، سؤالات و فرضیات انجام این مطالعه تشریح گردید. فصل دوم شامل نگاهی به مطالعات انجام شده در زمینه اثر این پدیده بر منابع آب و چگونگی‌ی بهره‌برداری از مخزن می‌باشد که توسط دیگر محققین داخلی و خارجی انجام شده می باشد. منطقه مطالعاتی در فصل سوم و روش انجام پژوهش که شامل جمع آوری آمار و اطلاعات مورد نیاز و ارزیابی داده­های مشاهداتی می باشد، موضوع فصل چهارم می­باشد. فصل پنجم پردازش داده و ارائه نتایج حاصل از مدل‌سازی و شبیه‌سازی ویژگی­های اقلیمی حوضه را تشکیل می‌دهد. این فصل دربردارنده نتایج انجام پژوهش و انتخاب بهترین مدل­ها در هر بخش می­باشد. در پایان و در فصل ششم این گزارش به جمع‌بندی نتایج و ارائه پیشنهادات پرداخته می­گردد. در پیوست1 اندازه درصد تغییرات بارش، دمای حداقل و حداکثر، تحت سه سناریوی  A1B, A2, B1و در پیوست2 کد نوشته شده برای برنامه آورده شده می باشد. در انتها فهرست منابع مورد بهره گیری، ارائه ­گردیده می باشد. 
 
1-1- مقدمه
در این فصل مروری بر مفهوم تغییر اقلیم و علل ایجاد آن و تاثیر این پدیده بر منابع طبیعی و منابع آب انجام می­گردد و در ادامه به ضرورت و هدف انجام این مطالعه تصریح می­گردد.
1-2- مفهوم تغییر اقلیم و اهمیت مطالعه مدیریت مخزن سد
تغییر اقلیم عبارتست از تغییرات رفتار آب و هوایی یک منطقه نسبت به رفتاری که در طول یک افق زمانی بلند مدت از اطلاعات نظاره یا ثبت شده در آن منطقه مورد انتظار می باشد. تغییر اقلیم یک پدیده پیچیده اتمسفری‌- اقیانوسی در مقیاس جهانی و دراز مدت می باشد. این پدیده متأثر از افزایش گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر می‌باشد که منجر به دگرگونی در وضع آب و هوا، تغییر توزیع مکانی و زمانی بارش و نوع آن (جامد یا مایع)، جریان آب­های سطحی، تبخیر، تغذیه سفره آب‌زیرزمینی و کیفیت آب شده و به گونه کلی طریقه جدیدی را در اقلیم جهانی موجب می گردد. تغییر اقلیم باعث می گردد که بعضی مناطق، مرطوب‌تر و بعضی مناطق، خشک‌تر گردند و شدت و تواتر حوادث حدی مانند سیلاب و خشکسالی افزایش یابد. بطور کلی توزیع زمانی و مکانی بارش و الگوهای آن دچار تحول گردیده و اندازه تبخیر نیز افزایش می‌یابد. تغییراقلیم بدون تردید یکی از چالش‌های بسیار مهم دوران فعلی آب‌و‌هوایی می باشد که در مقیاس جهانی رخ می‌دهد و دارای اثرات مهمی بر کشورها و به ویژه در بخش منابع آب می‌باشد (IPCC, 2001).
گسترش روزافزون فعالیت­های صنعتی به دلیل افزایش جمعیت جهان، بهره گیری بی‌رویه از سوخت‌های فسیلی و تغییر کاربری اراضی موجب افزایش انتشار گازهای گلخانه­ای به خصوص CO2 شده می باشد. انتشار روزافزون گازهای گلخانه­ای، توازن انرژی زمین را بر هم زده و موجب گرم شدن کره زمین می­گردد. پدیده گرمایش جهانی و تغییر اقلیم حاصل از آن، اثرات قابل توجهی بر سامانه‌های مختلف نظیر منابع آب، کشاورزی و محیط‌زیست دارد. تغییرات حاصل از رشد سریع اقتصادی و صنعتی، از یک سو، و گذر بسیاری از کشورهای جهان‌سوم به جامعه صنعتی در دهه­های 1970 و 1980، از سوی دیگر، باعث گسترش تغییرات زیست‌محیطی شده می باشد. گرچه بهبود سریع در تکنولوژی کالاهای صنعتی و تدوین قوانین مناسب در حفظ و کنترل محیط‌زیست و آب سالم تدریجاً زمینه کاهش آلاینده­های موثر در تغییر اقلیم را فراهم نموده می باشد، اما سنجش­های مستقیم گازهای دی‌اکسیدکربن، منواکسیدکربن، متان و کاهش غلظت اوزن در طی سه چهار دهه گذشته تصویری نگران کننده از تخریب محیط‌زیست و ناهنجاری­های اقلیمی بدست داده می باشد (Baede et al., 2001).
با در نظر داشتن گزارشات IPCC، اگر انتشار گازهای گلخانه­ای کاهش نیابد، متوسط دمای زمین تا سال 2100 می­تواند 1/1 تا 6/4 درجه سانتیگراد افزایش یابد. همچنین، مطالعه­ها نشان از بالا آمدن سطح آب دریاها، ذوب شدن یخ­های قطبی، کاهش پوشش برف و افزایش پدیده­های شدید اقلیمی مانند سیل‌ها و خشکسالی­ها دارد که این تغییرات در پی افزایش متوسط دمای سطح زمین رخ داده می باشد (IPCC، 2007).
از زمانی که موضوع امکان گرم شدن زمین مطرح گردید، مسئله مطالعه تغییرات در چرخه آب بین زمین، دریا و هوا به عنوان یک عامل مهم اثرگذار بر روی مسائل اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی مطرح گردید. تغییراقلیم نه تنها اثرات مستقیمی بر محیط‌زیست بطور عام خواهد داشت بلکه سبب می گردد که داده‌ها و اطلاعات جمع‌آوری شده در گذشته که مبنای طراحی سازه‌های آبی و سایر سازه‌ها می‌باشند، دیگر شاخص مطمئنی برای رفتارسنجی منابع آب و اهمیت سازه در آینده نباشد (Lane et al., 1999).
     تا دو دهه‌ی گذشته بیشتر کارشناسان و متخصصان صنعت آب در دنیا کوشش و کوشش خود را در جهت دستیابی به تکنیک‌های ساخت سازه‌های آبی به کار می‌برند و اکثر پروژه‌ها منتهی به ساخت سد و شبکه‌ی انتقال و توزیع آب می‌گردید. در این راستا تحقیقات گسترده‌ایی انجام گردید که منجر به تهیه‌ی استانداردهای جهانی گردید.
    با اینکه تکنولوژی ساخت یک سازه‌ی آبی و ضمائم آن تأثیر مهمی در بالا بردن راندمان پروژه در یک سیستم منابع آب[1]  دارد اما به تنهایی قادر به مدیریت آن سیستم نمی‌باشد.
     از سال 1980 پس از گذر از مرز ساخت و ساز تاسیسات آبی در اکثر کشورهای دنیا به دلیل به وجود آمدن مسائل مختلفی از قبیل افزایش نیاز آبی، وقوع سیلاب و خشکسالی‌های شدید و به خصوص مطرح شدن مسائل زیست‌محیطی، آلودگی و تغییراقلیم، مدیریت ‌منابع ‌آب به عنوان یک مسئله‌ی مهم در رأس امور تحقیقاتی و مطالعاتی قرار گرفت.
    مدیریت منابع آب به خصوص از دیدگاه ریاضی در سال‌های اخیر با در نظر داشتن تحقیقات گسترده‌ایی که در این زمینه می گردد، منجر به دستاوردهای ارزشمندی شده می باشد. گرچه ارتباط بین مراکز تحقیقاتی و اجرایی و یا از تئوری به کاربردی کردن تحقیقات به سادگی میسر نیست، اما با این تفاصیل پس از سال‌ها کوشش برای متصل کردن این دو، در حال حاضر مدیریت منابع آب با بهره گیری از ابزار و روش‌های جدید انجام می گردد.
   یکی از بحث‌های مدیریت ‌منابع ‌آب به خصوص در کشورهایی که تعداد زیادی سدهای مخزنی دارند، مربوط به مدیریت مخازن سدها می‌باشد.
     در ایران با بیش از 80 سد در حال بهره‌برداری و ده‌ها سد در حال مطالعه، در اکثر موردها نظاره می گردد که حجم آب ذخیره شده‌ی پشت سد به مراتب کمتر از حجم طراحی می‌باشد.
    محدودیت‌های رودخانه‌های پرآب و همیشگی و عدم دارا بودن یک سیستم منسجم مدیریت حوضه‌ی آبریز، مدیریت منطقی، اصول و واقع بینانه‌ایی را در بهره‌برداری از سدها ایجاب می کند.
    در این راستا با بهره گیری از تکنیک و علوم پیشرفته و ابزاری زیرا سیستم ماهواره‌ایی، اطلاعات جغرافیایی، بانک داده‌ها و روش‌های جدید محاسباتی، میتوان سیستمی را به وجود آورد که با بهره گیری از آن مدیر سد با در نظر داشتن نتایج حاصل از سیستم بتواند وضعیت سد را در هر لحظه ارزیابی کند و تصمیم[2] مقتضی را جهت مدیریت بهتر اتخاذ کند.(3)
    بهره‌برداری بهینه[3] از مخازن سدها نیازمند مدیریت در نواحی ذخیره که برای جریان‌های ورودی آتی پیش‌بینی شده‌اند، می‌باشد. بهینه‌سازی[4] یک مفهوم اساسی برای افزایش مدیریت و بهره‌وری تاثیرات متقابل[5] پروژه‌های سد‌سازی می‌باشد. مفهوم بهره‌‌برداری بهینه وقتی اهمیت بیشتری پیدا نمود که قواعد بهره‌برداری[6] از مخازن کامل تر گردید.
   بهینه‌سازی بهره‌برداری به نرم‌افزارهای موثری برای پیش‌بینی جریان ورودی به مخازن، از پیش‌بینی‌های قطعی در زمان واقعی تا پیش‌بینی‌های طولانی مدت مبتنی بر احتمال، نیاز دارد. این نرم‌افزارها همچنین بایستی دستورالعمل‌های راهنمایی (قواعد بهره‌برداری) را برای اتخاذ تصمیمات بهره‌برداری، تأمین  نمایند.(65)
قواعد بهره‌برداری مخزن، راهنمایی‌هایی برای مسئولان بهره‌برداری مخزن می‌باشند. این قواعد برای مخازن در حال بهره‌برداری در شرایط ماندگار (و نه برای مخازنی که بلافاصله بعد از ساخت پر شده و یا برای تأمین مجموعه‌ایی از اهداف جدید موقت بهره‌برداری می شوند) کاربرد دارند.
    قواعد بهره‌برداری از مخازن در واقع انتقال اطلاعات طراح به متصدیان بهره‌برداری می‌باشد که به گونه مکرر بایستی بهنگام‌سازی[7] شوند. چند نوع از قواعد وجود دارند، اما هر یک به حجم‌های ذخیره یا خروجی مخزن مطلوب یا لازم، در هر زمان خاص از سال تصریح می‌کنند. بعضی از این قواعد، حجم‌های ذخیره‌ی مورد نظر را تعیین می‌کنند که از آن به عنوان منحنی‌های‌فرمان[8] یاد می‌کنند. (18)
   یک منحنی فرمان تبیین می‌دهد که چه مقدار ذخیره در اوقات مختلف سال بایستی در مخزن وجود داشته باشد تا آب مورد نیاز را همواره یا با حداقل کمبود[9] بتوانیم تامین نماییم.
   مدیریت مخازن با بهره گیری از منحنی‌های‌فرمان، موضوع پیچیده‌ایی می باشد، زیرا که این منحنی‌ها از یک سری دقیق جریان که شاید دوباره اتفاق نیفتد، به دست می‌آیند.
    بهره‌برداری از سد‌ها گاهی اوقات تنها به مدیریت تأمین آب[10] محدود می گردد، اما کمبود آب هنگامی اتفاق میفتد که تقاضای[11] آب از عرضه‌ی[12] آن تجاوز می‌نماید، پس در طرح‌های مدیریتی بهینه‌سازی آب، بایستی هر دوی آنها مورد محاسبه قرار گیرند.(65)
    مدل‌های شبیه‌سازی[13] ، روش‌های مؤثری را برای ارزیابی کارآیی سیاست‌های بهره‌برداری[14]، در اختیار قرار داده و با جزئیات بیشتری نسبت به مدل بهینه‌سازی سیستم مورد مطالعه را مطالعه می‌کنند، اما ابزار مؤثری جهت انتخاب و یا تعریف بهترین سیاست بهره‌برداری نمی‌باشند. آنها در واقع برای پیش‌بینی عملکرد سیستم تحت یک سری شرایط خاص که شخص بهره گیری کننده از مدل آنها را اعمال می کند، به کار می‌طریقه و در نهایت شخص بعد از چندین بار اجرای مدل، حالت بهینه را انتخاب می کند. مدل‌های شبیه‌سازی با اینکه در جهت شناخت پدیده و فیزیک مسئله بسیار مفید هستند، اما قادر به انجام مدیریت بهینه مخزن نمی‌باشند. بر این اساس با تلفیق مدل‌های شبیه‌سازی و بهینه‌سازی و تعریف تابع هدف[15] (تابعی که بایستی بهینه‌سازی گردد) و قیودات[16] (محدودیت های فیزیکی، فنی، قانونی و مالی مقادیر متغییرهای تصمیم[17]) میتوان در یک زمان هم متغیر‌حالت[18] و هم متغیر‌تصمیم (در متغیر طراحی و بهره‌برداری ما به دنبال تعیین بهترین مقادیر آنها هستیم) را در نظر گرفت. با در نظر داشتن این مزیّت مدل‌های بهینه‌سازی، کاربرد آن به گونه گسترده‌ایی در اکثر مدیریت‌ها به خصوص مدیریت منابع آب و مخازن، مرسوم می‌باشد.
همچنین گرایش محققین در سال‌های اخیر به بهره گیری بیشتر از اطلاعات تغییرات اقلیمی در مدیریت منابع آب اکثراً به دلیل زیر می باشد:

  • افزایش آگاهی و اطلاعات در زمینه پدیده­های بزرگ مقیاس اقلیمی و ارتباط آن ها با فرآیندهای محلی هیدرولوژیکی
  • مسجل شدن وقوع پدیده تغییراقلیم (climate change) و تاثیرات آن بر منابع آب
  • وقوع پدیده‌های سیل و خشکسالی با فرکانس کمتر و شدت­های زیادتر در بسیاری از مناطق دنیا در سالیان اخیر
  • عدم توانایی برنامه ریزی­ها و پیش بینی­های مبتنی بر طریقه تاریخی اقلیم یک منطقه در مدیریت منابع آب

بدین ترتیب در سال‌های اخیر، مطالعه رخداد تغییر اقلیم و سازگاری با آن، به عنوان موضوعی مهم مورد مطالعه مجامع علمی جهان می‌باشد.
   پس به واسطه‌ی افزایش نیاز آبی به خاطر رشد جمعیت، مهاجرت و افزایش مصرف آب به خاطر بهتر شدن استانداردهای زندگی، کمبود آب به مرور زمان افزایش یافته می باشد. کمبود درتأمین آب، موجب تنش‌های اجتماعی و بی‌ثباتی سیاسی خواهد گردید پس برای هر اجتماعی حفاظت از این منابع آبی برای کاهش تلفات تا جایی که امکان داشته باشد، ضروری می باشد.
1-3- ضرورت انجام پژوهش
    پدیده تغییر اقلیم و اثرات آن،‌ به عنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در مدیریت ‌منابع‌‌آب و انرژی شناخته شده ‌می باشد. بخش عمده‌ای از تحقیقات انجام شده و در حال انجام در زمینه آب و انرژی از دهه آخر قرن بیستم تاکنون،‌ معطوف به مطالعه این پدیده و اثرات آن بوده ‌می باشد. مطالعه مطالعات صورت گرفته در این زمینه در چند دهه اخیر نشان می‌دهد که تغییرات اقلیم تاثیر قابل توجهی بر وضعیت بارش و دما و پارامترهای متاثر از آنها همچون رواناب و رطوبت خاک داشته می باشد. این تغییرات در مناطقی مانند ایران منجر به محدودیت منابع آب موجود و تشدید بحران‌های کم‌آبی می‌گردند. از دیگر پیامدهای پدیده تغییر اقلیم و افزایش دمای کره زمین تبدیل الگوی بارش برف به باران می‌باشد که این مسئله باعث کاهش آورد رودخانه‌های وابسته به ذوب برف در فصل‌های بهار و تابستان و افزایش رواناب در فصل‌های پائیز و زمستان می گردد. این مسئله باعث می گردد که آبدهی مطمئن سدها با آن چیز که در زمان طراحی در نظر گرفته شده تطابق نداشته باشد که مانند چالش‌های پیش‌رو در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب خواهد بود (استیل دان و همکاران، 2008).


تعداد صفحه : 144
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: اثرات اندرکنش خاک و سازه
دسته‌ها: عمران