دانشگاه رازی

دانشکده فنی ‌مهندسی

 

گروه مهندسی عمران

پایان نامه­ جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

گرایش آب

عنوان پایان نامه

مدیریت مخازن سدهای حوضه گاماسیاب استان کرمانشاه با بهره گیری از مدل WEAP

 
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)
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. شرایط آب و هوایی حاکم بر استان کرمانشاه  و محدودیت های موجود در منابع آب زیرزمینی، بهره وری بیشتر از منابع آب های سطحی را اجتناب ناپذیر می نماید. از سوی دیگر عدم بهره برداری از پتانسیل­ آب­های سطحی استان، افزایش جمعیت و به تبع آن افزایش نیازها در سنوات اخیر، باعث برداشت بی­رویه و غیر اصولی از منابع آب زیرزمینی اغلب دشت­های استان شده می باشد. در دهه­های گذشته با رشد قابلیت­های نرم­افزاری، امکان توسعه مدل­های رایانه­ای فراهم شده می باشد که به نوبه خود تأثیر بسزایی در بهینه­سازی و شبیه­سازی منابع آب داشته می باشد. امروزه تجزیه و تحلیل مسائل منابع آب با بهره گیری از مدل­های هیدرولوژیکی که فرآیندهای از قبیل بارش، تبخیر، نفوذ و رواناب را شبیه­سازی می­کنند، از جایگاه ویژه­ای برخوردار می باشد. یکی از پر کاربردترین این نرم­افزارها در سال­های اخیر نرم­افزار WEAP بوده می باشد. WEAPدر زمینه برنامه­ریزی و ارزیابی پروژه­های آبی، اجزای مختلف یک حوضه و رودخانه را گرد هم می­آورد. این پژوهش در حوضه گاماسیاب که زیر حوضه شمال شرقی حوضه کرخه می باشد، انجام شده می باشد. هدف از این پژوهش مطالعه جامع منابع آب سطحی حوضه گاماسیاب با در نظر داشتن سدهای در دست ساخت و مطالعه بوده می باشد. بخش اعظم این حوضه در استان کرمانشاه و سرشاخه­ آن در استان همدان قرار دارد. رودخانه اصلی این حوضه رودخانه گاماسیاب می باشد 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 می باشد. بمنظور ساخت مدل WEAP تعریف مسئله  قالب زمانی، محدوده مکانی، اجزای سیستم و طراحی مسئله انجام گردیده می باشد. سپس با اعمال سناریوهای مختلف وضعیت طرح در شرایط آینده با در نظر داشتن سیاست گذاری­های موجود، سنجیده شده می باشد. در این پژوهش داده­های هیدرولوژیکی 41 ساله حوضه گاماسیاب جهت کالیبراسیون مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد و سناریوها نیز در دوره ای 40 ساله جهت مطالعه 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 بهره گیری و گامهای زمانی بصورت ماهانه در نظر گرفته شده می باشد. نتایج به دست آمده نشانگر عملکرد مناسب سد بیستون در تأمین نیازهای مربوطه بوده می باشد. سدهای بالا دست با کمبود آب در تأمین تقاضاهای حوضه مواجه بوده و برای جبران بایستی راهکارهای مناسبی اندیشیده گردد. بیشترین کمبود در بخش کشاورزی سد قشلاق نظاره شده می باشد 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 بهره گیری از مدل­سازی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب………………………………………………………………….6
1-4 نرم­افزار  WEAP…………………………………………………………………………………………………………………………………………….6
1-5 اهداف پژوهش…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8
1-6 ضرورت پژوهش…………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
1-7 ساختار پایان نامه…………………………………………………………………………………………………………………………………………….10
فصل دوم: پیشینه پژوهش
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 بهره گیری 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: مطالعه 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 پژوهش
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 اندازه 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 اندازه 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
 
 
فصل اول
کلیات
 
1-1  مقدمه
تامین آب تمیز مبنای اصلی استفادۀ پایدار از منابع طبیعی می باشد. در سال 1940 حجم آب تمیز مصرفی جهان 1500 کیلومتر مکعب در سال بوده می باشد حال آنکه در سال 2000 این مقدار به 5000 کیلومتر مکعب در سال رسیده می باشد. تعداد کشورهایی که با بحران آب مواجه هستند از 7 کشور در سال 1955 به 20 کشور در سال 2000 رسیده­اند و این تعداد به 34 کشور در سال 2025 خواهند رسید. اصلی ترین موضوعات جهانی در قرن 21 عبارتند از امنیت غذایی و کیفیت محیط زیست که هر دو موضوع به مدیریت حوزه­های آبخیز بستگی دارند. همچنین محدودیت­ منابع، رشد جمعیت، خصوصیت روان بودن آب، فعالیت­های اقتصادی و به تبع آن رشد تقاضای آب باعث شده می باشد که خصوصیات هیدرولوژیکی حوضه آبریز، خصوصیات اقتصادی-اجتماعی ذی­نفعان و خصوصیات زیست محیطی رودخانه بیش از پیش به هم پیوسته گردند. به همین علت امروزه اثرات یکی بر دیگری در فاصله­ای نزدیک­تر و زمانی کوتاه­تر نمودار گشته و در بلند مدت طریقه عرضه و تقاضای آب در حوضه آبریز را دچار تغییرات شدیدتری می­نماید. عدم در نظر داشتن تعامل خصوصیات هیدرولوژیکی، اقتصادی-اجتماعی و زیست محیطی، تخصیص آب به متقاضیان را با محدودیت مواجه می­کند. از این رو جهان با معضلات فزاینده ای در زمینه بهبود کیفیت آب و تامین تقاضای روبه رشد آن، مواجه می باشد.
 
1-2  مصارف آب
بهره گیری از آب به دو دسته عمده تقسیم می­گردد:

  • بهره گیری­های مصرفی آب (آبیاری کشاورزی، صنعتی و شهری)
  • بهره گیری­های غیر مصرفی آب (برق آبی، تفریحی و زیست محیطی)
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد مهندسی عمران - راه و ترابری: ارزیابی و بررسی نقش مواد مضاف در اصلاح معایب و بهبود مشخصات مخلوط های آسفالتی گرم

در کشورهای جهان از بین بهره گیری­های مصرفی آب، آبیاری بیشترین سهم را داراست (حدود 70% که این مقدار در ایران حدود 92% می­باشد)[1]. این درحالی می باشد که با رشد جمعیت علاوه بر مصارف آبیاری، نیاز مصارف شهری و صنعتی نیز در حال افزایش می باشد. این مسئله سبب رقابت بین مصرف کنندگان شده، که تبعاً نیازمند راهکارهای جدیدی جهت مدیریت عرضه آب می باشد. علیرغم توسعۀ تکنولوژی و تکنیکهای کشاورزی، در بسیاری از مناطق جهان تولید مواد غذایی و رشد جمعیت نه تنها همگون نیست (تعدادی از کشورهای آفریقایی)، بلکه حتی با افزایش درخواست مواد غذایی مواجه هستیم. اگرچه تأثیر عوامل مدیریتی و سیاسی در تأمین مواد غذایی انکار ناپذیر می باشد، اما تنزل کمیت و کیفیت منابع خاک و آب دلیل اصلی کمبود مواد غذایی می باشد. با در نظر داشتن اینکه آب یکی از نهاده­های تولید اکثر بخشهای اقتصادی می باشد، مقدار تولید و شاخص­های اقتصادی-اجتماعی وابسته به آن، مانند؛ اشتغال نیروی کار، درآمد حاصل از فروش تولیدات و ارزش افزوده تولید، عرضه کمی و کیفی آب را با محدودیت مواجه می­کند.
سیاست­گذاران و تصمیم­گیران زمینه تخصیص آب با در نظر داشتن بهم پیوستگی خصوصیات هیدرولوژیکی، اقتصادی-اجتماعی-زیست محیطی، و برای پرهیز از اشتباه در تصمیم­گیری­ کوشش می­کنند اولویتهای لازم را برای لحاظ این به هم پیوستگی، در تحلیل سیاست­ها و ارزیابی دقیق­تر اثرات آنها اعمال نمایند. به همین علت رویکرد برنامه­ریزی مبتنی بر مدیریت عرضه[1] که با هدف بیشینه سازی عرضه آب برای تقاضاهای آبی اقدام می­کند، امروزه به رویکرد مدیریت توامان عرضه و تقاضای[2] آب تبدیل می­گردد.
 
1-3  مدیریت جامع منابع آب
مفهوم مدیریت جامع منابع آب در دهه ۸۰ قرن بیستم میلادی در پاسخ به معضلات مدیریت آب مطرح گردید. در مدیریت جامع منابع آب به جای بهره­گیری از روش قدیمی مدیریت از بالا به پایین یا به بیانی دیگر برنامه­ریزی جامع آب که در آن تمرکز بر روی موجودیت آب و توسعه منابع می باشد، از روش جدیدتر مدیریت از پایین به بالا یا به بیانی دیگر برنامه­ریزی جامع سیاست­های آب که در آن اندرکنش موجود بین بخش­های مختلف نیز دخیل گردیده می باشد، بهره گیری می­گردد.
یکی از نکات اساسی در تعریف و اعمال برنامه­ریزی و مدیریت یکپارچه منابع آب، تأکید بر تمرکز برنامه­ریزی و مدیریت در مقیاس و سطح حوضه آبریز به عنوان واحد مکانی تحلیل به جای اکتفا به برنامه­ریزی مجزا در سطح پروژه­های منفرد می باشد. پس پرواضح می باشد که برنامه­ریزی تخصیص بهینه منابع آب بین مصارف و محل­های مصرف رقیب نیز بایستی در واحد مکانی و اشل حوضه آبریز صورت پذیرد. در نتیجه مدیریت یکپارچه منابع آب در سطح حوضه آبریز[3] و یا IRBM، موضوعی دارای اهمیت و قابل توجه برای طراحان، برنامه­ریزان، مدیران و قانون گذاران حیطه مسائل آب بوده که در آن به موضوع مدیریت سیستم­های آبی بعنوان امری تأثیرگذار در محیط طبیعی و اجتماعی-اقتصادی در برگیرنده آنها پرداخته می­گردد.
اگر مدیریت یکپارچه منابع آب در حوضه آبریز را به معنای رعایت یکپارچگی و جامع­نگری از منظر:

  • احتساب و تحلیل تمامی عناصر و المان­های پخش شده در گستره مکانی سیستم با هم و روی هم و در تعامل با هم (Spatial Integrity)
  • یکپارچگی تحلیل در گستره زمانی و یا به تعبیری در نظر داشتن شرایط هم حال و هم آینده و تغییر پذیری رفتار حوضه در اشل زمانی مناسب و معرف (Temporal Integrity)
  • دیدن منابع آب سطحی و زیرزمینی و حتی منابع خاک با هم و در تعادل با هم (Resource Integrity) در کنار مدیریت مصارف به شکل یکپارچه تحت معیارها و اولویت­بندی­های مختلف (Demand Management)
  • احتساب همزمان اهداف کمی در کنار اهداف کیفی (Quantity-Quality Integrity)
  • پذیرش و لحاظ کردن تعدد اهداف تأمین آب، تولید برق، کنترل سیلاب، حفظ اکولوژی و محیط زیست (Multi-Objective Aspects)، ضمن در نظر داشتن ملاحظات اقتصادی-اجتماعی و مناسبات اداری و سازمانی (Institutional Aspects) در سطح حوضه آبریز

بدانیم، طبیعتا بایستی در جستجوی آندسته از روش­ها و مدل­های ریاضی و تحلیل سیستمی باشیم که قابلیت و سنخیت بیشتر در احتساب جنبه­های پنج­گانه فوق از مدیریت یکپارچه را دارا می­باشند. اصولا با گسترش افق دید و تحلیل از برنامه­ریزی برای یک طرح و پروژه مضوعی و محلی خاص به برنامه­ریزی در سطح و اشل بسیار بزرگتر نظیر کل حوضه آبریز و حتی برهم­کنش آن با حوضه مجاور، هدف اصلی بهره گیری از یک رویکرد مبتنی بر یکپارچه­نگری و تبع تحلیل و مدل­سازی یکپارچه، آنهم با پتانسیل یکپارچه­نگری از جنبه­های مختلف تصریح شده در بالا و نه صرفا جنبه مکانی آن می باشد. این خصوصیت مهم واقعیتی می باشد که متدولوژی و روش­های تحلیل و مدل­سازی متعاقب آن خود بخود بایستی در برابر آن پاسخگو باشند. پس توانایی در برآوردن نیاز فوق می باشد که مبنای انتخاب متدولوژی و روش­های تحلیل سیستمی مؤثر و سپس مدل­ها و بسته­های نرم­افزاری توسعه یافته بر اساس این روش­ها در برنامه­ریزی تخصیص آب در سطح حوضه آبریز خواهند بود. که این پژوهش در راستای اعمال اصول فوق در سطح حوضه آبریز گاماسیاب انجام می­پذیرد.
[1] Supply management
[2] Supply-demand management
[3] Integrated River Basin Management



تعداد صفحه : 110
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]

دسته‌ها: عمران