نسل جوان ایران

فنی مهندسی عمرانمدیریت منابع آبمدیریت منابع آب

دانلود پایان نامه ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر منابع آب سطحی و زیرزمینی با مدل یکپارچه SWAT-MODFLOW مطالعه موردی: (محدوده شیراز)

ارسال کننده : جناب آقای رضا رحیمی
سطح فعالیت : مدیر کل
ایمیل : reza.rahimi663[@]gmail.com
تاریخ ارسال : ۷ آذر ۱۳۹۹
دفعات بازدید : 121
زبان نوشتاری : فارسی
تعداد صفحه : 106
فرمت فایل : word
حجم فایل : 4.3mb

قیمت فایل : 60,000 تومان
خرید فایل

امتیاز مثبت : 14
امتیاز منفی : 0

دانلود پایان نامه و مقاله
محل سفارش تبلیغات شما

چکیده

با­توجه به نرخ بالای رشد فعالیت­های صنعتی، امروزه بحث تغییراقلیم به­عنوان یکی از مهمترین چالش­های زیست محیطی مطرح می­گردد. از طرف دیگر، یکی از مهمترین اثرات تغییر اقلیم، اغلب در کشور ایران کاهش رواناب و بارندگی بوده که به­طور کلی و به صورت تومان بر منابع آب سطحی و زیرزمینی اثر می­گذارد. به­همین جهت، برای مدیریت سیستم هیدرولوژیکی نیاز است که اثر تغییر اقلیم بر هر دو بخش آب‌ سطحی و آب زیرزمینی به­جهت وجود تبادلات مابین آن‌ها به‌شکل یکپارچه و نه انفرادی بررسی شود. در این راستا در این مطالعه ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب سطحی و زیرزمینی به‌صورت توأمان در مدل یکپارچه­ی SWAT – MODFLOW برای محدوده مطالعاتی شیراز به همراه آبخوان واقع در این محدوده مورد ارزیابی قرارگرفته است. به منظور لحاظ نمودن تبادلات بین دو بخش آب سطحی و زیرزمینی، میزان نفوذ سطحی که بعد از مدل­سازی آب سطحی توسط مدل SWATبرآورد می­شود به­عنوان ورودی به مدل آب زیرزمینیMODFLOWبه­صورت خودکار وارد شده و از طرف دیگر مقدار زهکشی آبخوان به رودخانه به مدل SWATباز می­گردد تا در آخر حلقه­ی کامل تبادلات بین آب سطحی و زیرزمینی تشکیل شده و سیستم هیدرولوژیکی به­شکل یکپارچه مدل شود. در اولین گام، آب سطحی توسط مدل SWATشبیه‌سازی شده و سپس فرایند واسنجی صورت گرفت. در گام بعد مدل آب زیرزمینی تک لایه به­وسیله­ی بسته‌های MODFLOWکد نویسی شد. سپس یک‌بار با مدل یکپارچه SWAT-MODFLOW اجرا و پس از واسنجی تلفیقی پارامترهای مؤثر در آب‌های سطحی و زیرزمینی به‌صورت توأمان، مقدار میانگین مربعات خطا برابر 3/2 متر برای بخش آب زیرزمینی به دست آمد. همچنین پس از مشخص شدن میزان اندرکنش‌های میان آب‌های زیرزمینی و سطحی، نتایج شاخص‌های آماری R2و NSبرای دو ایستگاه هیدرومتری این حوضه یعنی چنار سوخته‌-اعظم به ترتیب برابر 62/0 و 59/0 و ایستگاه چنار سوخته‌-خشك برابر 45/0 و 40/0 حاصل شد. در گام بعد خروجی­های مدل ریزمقیاس­نمایی LARS-WG تحت سناریوی RCP4.5 برای 5 مدل اقلیمی MIROC، MPI، HadGEM2،EC-EARTH و GFDL برای بازه­ی زمان آتی 2021-2040 وارد مدل یکپارچه شد و مدل با اعمال تغییر اقلیم اجرا شد. براساس نتایج تراز آب زیرزمینی در تمامی ماه­ها با کاهش همراه بود که مقدار کاهش از 6/1 الی 9/1 سانتی متر متغیر بود. همچنین مقدار رواناب درتمامی ماه­ها بجز ماه دسامبر با کاهش همراه بوده است. این کاهش حجم رواناب از 01/0 الی 001/0 مترمکعب بر ثانیه در ایستگاه چنارسوخته-اعظم متغیر بود. در ایستگاه چنارسوخته-خشک نیز مقدار حجم رواناب درتمامی ماه­ها بجز ماه نوامبر افزایش یافت که مقدار این کاهش حجم از 015/0 الی 001/0 مترمکعب بر ثانیه متغیر است.

 

واژگان کلیدی: SWAT-MODFLOW، تغییر اقلیم، مدلسازی یکپارچه، محدوده شیراز، روان­آب

فهرست مطالب

عنوان شماره صفحه

فصل اول

1-1- مقدمه 2

2-1- انگیزه اصلی پژوهش و ضرورت انجام آن 3

1-2-1- فرضیات پژوهش 4

2-2-1- اهداف تحقیق 5

3-1- نوآوری تحقیق ­­­­­­­ ­­­­­5­

4-1- ساختار پایانامه 5

فصل دوم

1-2- مفاهیم و تعاریف 8

2-2- پیشینه تحقیق 9

2-2-2- بررسی تغییر اقلیم با استفاده از Modflow 10

2-2-3- مدلسازی تلفیقی آب سطحی و آب زیرزمینی با استفاده از مدل SWAT-Modflow 11

2-2-4- مدل LARS-WG 12

فصل سوم

1-3- مقدمه 14

2-3- منطقه مورد مطالعه 14

3-3- مدل هیدرولوژیکی SWAT 21

3-3-1- مفهوم مدل SWAT 21

3-3-2- مؤلفه­های هیدرولوژیکی به کار رفته در پیکربندی مدل SWAT 24

3-3-3- واسنجی و آنالیز حساسیت مدل SWAT 28

1-3-3-3- واسنجی و تحلیل عدم قطعی مدل SWAT با استفاده از نرم­افزار SWAT-CUP 28

1-1-3-3-3- روش SUFI2 28

4-3- مدل­سازی آب زیرزمینی 31

5-3- مدل تلفیقی آب سطحی و آب زیرزمینی SWAT-Modflow 34

3-5-1- راه­اندازی مدل SWAT-MODFLOW و فرآیندهای مرتبط سازی و پیوند مدل 35

3-5-2- ساخت فایل‌های مرتبط کننده واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی و سلول‌های شبکه­ی مدل Modflow 39

3-5-3- اجرای مدل یکپارچه 39

6-3- مفهوم تغيير اقليم (Climate Change) 39

3-6-1- سناریوهای اقلیمی و غیراقلیمی 40

1-1-6-3- سناريوهاي غير اقليمي (Non-Climatic Scenario) 40

2-1-6-3- سناريوهاي اقليمي (Climatic Scenario) 42

1-2-1-6-3- سناریوی RCP 2.6 43

2-2-1-6-3- سناریوی RCP 4.5 43

3-2-1-6-3- سناریوی RCP 6.0 43

4-2-1-6-3- سناریوی RCP 8.5 43

3-6-2- ریزمقیاس نمایی 44

1-2-6-3- روش­های اصلی ریزمقیاس نمایی 45

3-6-3- توصیف مدل LARS_WG 45

فصل چهارم

1-4- مقدمه 49

2-4- ساخت مدل مفهومی 49

1-2-4- اطلاعات مورد نیاز مدل SWAT 51

2-2-4- واسنجی هیدرولوژیکی مدل SWAT 52

3-4- اجرا و واسنجی جریان آب زیرزمینی پس از اجرای مدل یکپارچه­ی SWAT-MODFLOW 53

1-3-4- نتایج واسنجی مقادیر هدایت هیدرولیکی آبخوان 54

2-3-4- نتایج واسنجی مقادیر آبدهی ویژه 55

3-3-4- بررسی معیارهای عملکرد مدل آب زیر زمینی 56

4-4- نتایج جریان سطحی پس از تلفیق مدل سطحی و زیرزمینی 60

5-4- سناریوهای تغییر اقلیم 62

1-5-4- اثر تغییر اقلیم بر روی رواناب 62

2-5-4- اثر تغییر اقلیم بر تراز آب زیرزمینی 66

فصل پنج

5-1- نتیجه‌گیری 70

5-2- پیشنهادات 70

پیوست ها 74

منابع 78

 

فهرست جدول‎ها

عنوان شماره صفحه

جدول3-1مشخصات ایستگاه‌های هیدرومتری 17

جدول3-2 مشخصات ایستگاه‌های سینوپتیک 17

جدول3-3 مشخصات ایستگاه‌های بارا­ن­سنجی 18

جدول3- 4 نام و موقعيت چاه‌هاي مشاهده‌ای مورداستفاده در مدل‌سازي 19

جدول 3-5 مشخصات انواع خاک موجود در منطقه بر طبق خاک فائو 26

جدول 3-6 مشخصات انواع کاربری اراضی موجود در منطقه 27

جدول 3-7 مشخصات سناريوهاي SRES 42

جدول 3-8 مشخصات مدل‌های سه بعدي جفت شده گردش عمومی جو- اقیانوس 44

جدول4-1 نتایج آنالیز حساسیت و مقادیر نهایی برخی از پارامترهای حساس 52

جدول 4-3 مقادیر MAE و RMSE برای چاه­های مشاهداتی 57

جدول4-4 نتایج واسنجی مدل 60

جدول 4-5 نتایج حاصل از مدل LARS-WG 62

جدول 4-6 نتایج شبیه سازی بدون تغییر اقلیم و با اعمال تغییر اقلیم برای ایستگاه چنارسوخته-اعظم 63

جدول4-7 نتایج شبیه سازی بدون تغییر اقلیم و با اعمال تغییر اقلیم برای تراز آب زیرزمینی 66

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان شماره صفحه

شکل3-1موقعيتمحدودهمطالعاتيشيرازدرحوضهآبريزدرياچههايطشك - بختگانومهارلو 16

شکل3-2 ایستگاه­های هواشناسی و هیدرومتری و شبکه­ی آبراهه 19

شکل 3-3 موقعیت چاه­های مشاهداتی در منطقه21

شکل3-4 نمايش چرخه­ی هيدرولوژيک در مدلSWAT 24

شکل 5-3لایه ی مدل رقومی ارتفاعات 25

شکل6-3نقشه‌­ی لایه‌­های خاک منطقه 26

شکل 3-7نقشه‌­ی کاربری اراضی منطقه 27

شکل 3-8رابطه­ی بین عدم قطعیت در پارامترهای ورودی و عدم قطعیت در خروجی مدل (Abbaspour et al, 2009) 30

شکل 9-3فرآیندهای مدل‌سازی تلفیقی موجود در مدل SWAT-MODFLOW 34

شکل 3-10 مراحل شبیه‌سازی توسط SWAT-MODFLOW 37

شکل 11-3نحوه پیوند و تبادلات بین واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی و سلول‌های شبکه مدل

آب زیرزمینی( baily,2017 ) 38

شکل 3-12وضعیت چهار گروه سناریوهای SRES 41

شکل4-1 نحوه تقسیم بندی زیرحوضه­ها و محل قرارگیری ایستگاه­های هواشناسی و هیدرومتری مورد استفاده و خروجی های حوضه 50

شکل2-4 HRU های ساخته شده توسط مدل SWAT 51

شکل4-3 پهنه­بندی مقادیر هدایت هیدرولیکی 55

شکل 4-4 مقادیر واسنجی شده آبدهی ویژه 56

شکل4-5 مقایسه مقادیر مشاهداتی و محاسباتی در دوره­ی واسنجی در پیزومتر 1 57

شکل 4-6 مقایسه مقادیر مشاهداتی و محاسباتی در دوره­ی واسنجی در پیزومتر 11 58

شکل 4-7 مقایسه مقادیر مشاهداتی و محاسباتی در دوره­ی واسنجی در پیزومتر 13 58

شکل 4-8 مقایسه مقادیر مشاهداتی و محاسباتی در دوره­ی واسنجی در پیزومتر 15 58

شکل 4-9 هیدروگراف معرف آبخوان 59

شکل 4-10 هیدروگراف آبخوان پس از اجرای مدل یکپارچه­ی SWAT-MODFLOW 60

شکل4-11 مقایسه­ی مقادیر رواناب شبیه­سازی شده و مشاهداتی برای ایستگاه چنار سوخته‌-اعظم 61

شکل4-12 مقایسه­ی مقادیر رواناب شبیه­سازی شده و مشاهداتی برای ایستگاه چنار سوخته‌-خشک 61

شکل 4-13 مقایسه­ی میانگین خروجی 5 مدل اقلیمی و میانگین مقادیر شیبه­سازی در ایستگاه چنار سوخته‌-خشك (مترمکعب برثانیه) 64

شکل 4-14 مقایسه­ی میانگین خروجی 5 مدل اقلیمی و میانگین مقادیر شیبه­سازی در ایستگاه چنار سوخته‌-اعظم (مترمکعب برثانیه) 65

شکل 4-15 مقایسه­ی میانگین خروجی 5 مدل اقلیمی و میانگین مقادیر شیبه­سازی شده( متر) 66

 

1-1- مقدمه

ازآغاز نیمه­ی دومقرننوزدهم،تغییراتمهمي دراقلیمکره­ی زمین رخ داد. به­طوریکهجابهجایي گسترده­ایدرالگویبارش،دمای سطحآبدریاها والگوهایفشارصورتگرفتکهخودبربخش­های مختلفحیاتدراینکرهخاکيتاثیراتمستقیمو غیرمستقیميداشتهاست(Goodarzi, 2011). به طور کلی به هرگونه تغییرات معین که در الگوهای مورد انتظار آب و هوایی برای یک منطقه در دراز مدت رخ دهد، تغییر اقلیم گفته می­شود. تغییر اقلیم نشان دهنده­ی تغییرات غیرعادی در اقلیم درون اتمسفر زمین می­باشد که پیامد­های ناشی از آن در قسمت‌های مختلف کره­ی زمین مشاهده می­شود (فرمانبر، 1396). مهمترین پیامد این رخداد افزایش دمای کره­ی زمین می­باشد که می­تواند باعث ایجاد رخداد­هایی همچون کاهش پوشش برف و ذوب شدیدیخ­ها، افزایش سطح آب دریا و اقیانوس­ها، تغییر در بارندگی­ها و نتیجتا تغییر دبی رودخانه­ها، کاهش حاصل­خیزي خاک­ها، کاهش منابع آبی، تخریب لایه­ی اُزون و مسایلی از این دست شود. از مهمترین دلایل تغییر اقلیم می­توان به فعالیت­های انسانی اشاره کرد. انسان با سوزاندن سوخت­هاي فسیلی، تخریب جنگل­ها، دامداری و ایجاد مزارع زمینه­ی افزایش گاز­هاي گلخانه­اي را فراهم آورده است. گاز­هاي گلخانه­اي به­دلیل افزایش پایداري انرژي در اتمسفر باعث ازدیاد دماي کره­ی زمین و تسریع در تغییر اقلیم و درنتیجه، باعث اثر گلخانه­اي[1] می­شوند. گرم شدن زمین و در نتیجه، اثرات آن بر چرخه­ی آب مسئله‌ای است که امروزه تمام دانشمندان علوم جوی درمورد آن اتفاق نظر دارند. در واقع گرم شدن جهانی جو زمین باعث ایجاد تغییر در چرخه­ی هیدرولوژیکی شده و حتی قادر است توازن توزیع منابع آب را در سطح کره­ی زمین برهم بزند که این اتفاق باعث ایجاد تغییر بیشتر در پارامترهای اقلیمی می­شود (علیخانی و قویدل رحیمی، 1384). به عنوان مثال افزایش دما سبب افزایش تبخیر و تعرق و نتیجتا تغییر در میزان بارش می­شود. از سوی دیگر تغییر در الگوی بارندگی باعث تغییر در الگوی رواناب و همچنین ذخایر آب زیرزمینی می­شود (مساح بوانی، 1385).

در طول قرن بیستم، میزان گازهای گلخانه‌ای همچون دی‌اکسید کربن‌، دی‌اکسید نیتروژن و متان به‌صورت چشمگیری در اتمسفر افزایش داشته است؛ به­گونه­ای که سالانه بیش از 5 تا 2/6 میلیارد تن دی اکسید کربن به محیط اتمسفر وارد می­شود. هیئت بین الدول تغییر اقلیم[2] با درصد قطعیت بالا یعنی احتمال ۹۹ درصد گزارش کرده است که دمای سطح خشکی و آب در کره­ی زمین از قرن 19 تازمان حال به مقدار 4/0 تا 78/0 درجه­ی سانتی­گراد افزایش یافته است. طبق پیش­بینی­های IPCC، با درنظر گرفتن رشد جمعیت و همچنین ازدیاد نیاز انسان­ها به انرژی، دی اکسید کربن در سال1985 میلادی از مقدار 1/3 میلیارد تن ، به مقدار 7/4 میلیارد تن در سال 2025 میلادی افزایش می­یابد (خردادی و همکاران، 1386).

مدل‌های گردش عمومی جو-اقیانوس[3] و همچنین مطالعات انجام شده در این رابطه، نشان­دهنده­ی افزایش درجه­ی حرارت به میزان 1 تا 2 درجه­ی سانتی‌گراد و نیز افزایش بارندگی، به مقدار 3 الی 15 درصد هستند. اما گفتنی است که به جهت وجود رژیم غیر یکنواخت توزیع، در مناطق خشک و نیمه خشک، کاهش بارندگی و همچنین در مناطق مرتفع و مرطوب افزایش میزان بارندگی مشاهده می‌شود (گزارش هیئت بین الدول تغییر اقلیم). در تمامی مدل‌های گردش عمومی جو، افزایش مقدار دما در سطح زمین و نیز افزایش شدت بارش و مقدار آن‌ را (بر اثر افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای) در قرن حاضر پیش‌بینی می‌کنند (هملت و لتمیر، 2007). در رابطه با آب­های زیرزمینی نیز تغییر اقلیم با ایجاد تغییرات در شرایط تغذیه ( بارندگی و رواناب ) به­طور مستقیم و با کاهش ورودی آب­های زیرزمینی به­شکل غیرمستقیم بر تخلیه و ذخیره­ی آب زیرزمینی تأثیر می گذارد. در نتیجه تعیین اثرات ناشی از تغییر اقلیم بر آب زیرزمینی نه­تنها نیازمند پیش­بینی تغییرات متغیرهای اقلیمی اصلی است، بلکه نیاز به تخمین دقیق مقدار تغذیه­ی آب زیرزمینی نيز دارد.

به­طور کلی می­توان گفت که با­توجه به نرخ بالای رشد فعالیت­های صنعتی، امروزه بحث تغییراقلیم به­عنوان یکی از مهمترین چالش­های زیست محیطی مطرح می­گردد. از طرف دیگر، یکی از مهمترین اثرات تغییر اقلیم، اغلب در کشور ایران کاهش رواناب و بارندگی بوده که به­طور کلی بر منابع آب سطحی و زیرزمینی اثر می­گذارد به­همین جهت، برای مدیریت سیستم هیدرولوژیکی نیاز است که هر دو بخش آب‌ سطحی و آب زیرزمینی به­جهت وجود تبادلات مابین آن‌ها به‌شکل یکپارچه و نه انفرادی بررسی شوند.

به همین جهت در این پژوهش ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب سطحی و زیرزمینی به‌صورت توأمان تحت سناریوی اقلیمی و همچنین با استفاده از مدل تلفیقی و یکپارچه به­منظور مدل‌سازی منابع آب‌های سطحی و زیرزمینی و تعاملات میان آن دو، برای حوضه­ی شیراز به همراه آبخوان واقع در این محدوده مورد مطالعه قرارگرفته است.

2-1- انگیزه اصلی پژوهش و ضرورت انجام آن

یکی از چالش­های قرن حاضر بحث نوسانات و پدیده­ی تغییر اقلیم می­باشد (هولم و همکاران، 1996). این پدیده و اثرات ناشی از آن بر مدیریت منابع آب حائز اهمیت است اما در ایران به آن کمتر پرداخته شده است (مساح بوانی، 1389).

با توجه به تغییرات اقلیمی در طی چند دهه‌ی اخیر و با توجه به اثرات این پدیده بر پارامترهای اقلیمی، نمی‌توان فرض کرد که الگوی دوره­ی آتی پدیده‌های هیدرولوژیکی هم‌مانند گذشته باشد. در نتیجه استفاده ازمدل­های اقلیمی مختلف که می­توانند تغییرات اقلیم را پیش­بینی کنند و تلفیق این مدل‌­ها و در آخر استفاده از خروجی مدل‌های مذکور در مدل‌های هیدرولوژیکی می‌تواند الگویی مناسب برای تغییرات شرایط هیدرولوژیکی در دوره­ی آتی ارائه دهد. مطالعات بیانگر این هستند که فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضه قادر است تا چه میزان به تغییرات دما و بارش حساس باشد و مسئله مهمتر این‌که این حساسیت می­تواند به­شکل قابل توجهی از حوضه­ای به حوضه­ی دیگر متفاوت ‌‌باشد (آذری و همکاران، 1392) .

از طرف دیگر اگرچه عموما آب‌های سطحی و زیرزمینی در پژوهش­ها به­شکل دو سیستم جدا و مستقل درنظر گرفته می­شوند و نیز به­صورت مستقل مورد بررسی و ارزیابی قرار می­گیرند، اما در واقعیت نمی­توان این دو را جدا از یکدیگر فرض کرد و از تعاملات میان این دو حوضه چشم­پوشی نمود. از اینرو ضروری است این دو بخش در تعامل با یکدیگر به‌شکل زنجیروار در چرخه­ی هیدرولوژیکی در نظر گرفته شوند.ضعف این بررسی مجزا، مشخص نشدن تاثیر دقیق و واقعی تغییر اقلیم بر منابع آب می باشد چرا که تعامل در آب های سطحی و زیرزمینی بسیار بالا بوده و بایستی دیدگاه یکپارچه نسبت به آن ها داشت. بررسی و ارزیابی توأمان این دو و نیز برهم‌کنش‌های میان آن‌ها، ازجمله عواملی می­باشد که در این پژوهش سعی شده است به آن پرداخته شود. مدلی که برای این منظور در نظر گرفته شد مدل یکپارچه­ی SWAT-MODFLOW است که در واقع ترکیبی از مدلسازی آب زیرزمینی و آب سطحی می­باشد که هر دو حوضه را در نظر می­گیرد و همچنین تبادلات میان آن دو را شبیه­سازی می­کند. در این پژوهش پس از تلفیق مدل­های اقلیمی که توانایی پیش­بینی تغییرات اقلیمی را دارا می­باشند، خروجی آن­ها در مدل هیدرولوژیکی و یکپارچه­ی SWAT-MODFLOWاعمال می­شود.

 

[1]Greenhouse effect

[2]IPCC: Intergovermental Panel on Climate Change

[3]AOGCM:Atmosphere Ocean General Circulation Models

برای این فایل تا کنون نظری ارسال نشده است

برای ارسال نظر باید عضو سایت باشید

تعداد کاراکتر مجاز:

برچسب های مرتبط


فهرست کتابخانه نسل جوان ایران

نویسندگان برتر و فعال نسل جوان ایران

تاییدیه های سایت


درگاه بانک ملت

شبکه های اجتماعی نسل جوان ایران


فن آوری های روز دنیا


آرشیو فن آوری های روز دنیا

جدیدترین اخبار سایت


پایگاه خبری نسل جوان ایران