Skip to main content
SUPERVISOR
Azadeh Ahmadi
آزاده احمدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fateme Saedi
فاطمه ساعدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Optimal Water Allocation of a Reservoir Based on Inflow Projection using SWAT Model Considering Climate Change Impacts
In recent years, the climate change impacts on the water supply and the water resources availability have become an important issue. Reservoirs planning and management, as one of the most important water resources, are crucial components in the basin management. Therefore, studying the climate change impacts on operation and the reservoirs optimal water allocation are the major issues that should be considered in the basin management. This study has investigated Zayanderud basin, which is considered as one of the prominent basins in the country that has been suffered from lack of integrated management, climate change and increasing water consumption. To tackle the future challenges, a hydrological model of Zayanderud basin has been constructed using soil and water assessment tool (SWAT) model. The simulation results have been calibrated and validated using Sequential Uncertainty Fitting Algorithm (SUFI-2). To study the impact of climate change on reservoir inflow, precipitation and temperature data of five general circulation models (GCM) for scenarios RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, and RCP8.5 have been downscaled. The results have been used in the calibrated SWAT model as inputs to predict the future reservoir inflow. The optimal water allocation of the Zayanderud dam has been estimated considering climate change impacts using the Lingo software and the reservoir performance has been investigated. Based on the calibration period results (1991-2009), the Nash-Sutcliff coefficient and the coefficient of determination in Qaleh Shahrokh and Eskandari stations have been 0.75, 0.79, 0.6 and 0.65 respectively. For the Validation Period (2009-2016), the coefficients have been 0.82, 0.83, 0.70 and 0.75 respectively. The weighting results of GCMs indicate a high uncertainty in the GCMs prediction for the precipitation variable compared with temperature. The simulation results indicate that reservoir inflow reduces 40 to 50 percent in different climate change scenarios compared with the base period. According to the optimal water allocation results of Zayanderud dam, the maximum monthly water deficit occurs in spring for different scenarios. The maximum volume of annual water deficit equals to 841 MCM which occurs in RCP8.5 scenario. Also, the minimum sustainability index is estimated regarding to the RCP8.5 scenario based on the calculation of reservoir performance indices for the future. Keywords : optimal water allocation of the reservoir, SWAT model, SUFI-2 algorithm, climate change, Lingo software
امروزه منابع تأمین آب به جهت رشد جمعیت، افزایش تقاضا، الگوهای مصرف ناپایدار و شیوه‌های مدیریتی ضعیف تحت تنش زیادی قرار دارند. بسیاری از پروژه‌های انجام‌شده در زمینه مدیریت منابع آب مانند ساخت سدها، براساس شرایط موجود در دوره‌های تاریخی برنامه‌ریزی شده­اند. تغییراتی که در دهه­های آتی ممکن است رخ دهد، عملکرد بسیاری از این سیستم‌ها را با چالش روبرو خواهد کرد و فشار موجود بر منابع تأمین آب را بیش از پیش افزایش خواهد داد. در سال‌های اخیر اثرات تغییراقلیم بر تأمین آب و منابع آب در دسترس به موضوع مهم و قابل تأملی تبدیل شده‌است. مدیریت و برنامه‌ریزی مخازن سد، به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب، از اجزای مهم در مدیریت حوضه‌های ‌آبریز است. بنابراین بررسی اثرات تغییراقلیم بر بهره­برداری و تخصیص بهینه از مخازن سد از جمله مسائل مهمی است که در مدیریت حوضه‌های آبریز بایستی مورد توجه قرار گیرد. به این منظور در این پژوهش حوضه آبریز زاینده‌رود به عنوان یکی از حوضه‌های مهم در کشور که امروزه به دلایل مختلف از جمله عدم مدیریت یکپارچه در سطح حوضه، تغییرات اقلیمی و افزایش شدید مصارف، تحت تنش آبی قرار دارد مورد مطالعه قرار گرفته‌است. در ابتدا به شبیه‌سازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز زاینده‌رود با استفاده از مدل SWAT پرداخته شده‌است. سپس نتایج شبیه‌سازی با استفاده از الگوریتم SUFI-2 در نرم‌افزار SWAT-CUP مورد واسنجی و اعتبارسنجی قرار گرفته‌است. در ادامه به منظور تخمین جریان ورودی به مخزن سد تحت تاثیر تغییر‌اقلیم در آینده، به ریزمقیاس‌نمایی اطلاعات بارش و دما برای مدل‌های گردش عمومی (GCM) تحت چهار سناریوی RCP2.6، RCP4.5، RCP6.0 و RCP8.5 پرداخته شده‌است. نتایج به عنوان ورودی در مدل واسنجی‌شدهSWAT قرار گرفته و ورودی به مخزن در دوره آتی پیش‌بینی شده‌است. در انتها با استفاده از نرم‌افزار لینگو تخصیص بهینه از مخزن سد زاینده‌رود تحت سناریوهای تغییراقلیم انجام شده وعملکرد مخزن تحت سناریوهای مختلف تغییراقلیم مورد بررسی قرار گرفته‌است. نتایج بیان‌گر عملکرد مناسب مدل در شبیه‌سازی بالادست سد زاینده‌رود بود به‌طوری که در دوره واسنجی(2009-1991) مقدار ضریب نش‌ساتکلیف و ضریب تعیین در دو ایستگاه قلعه‌شاهرخ و اسکندری به‌ترتیب 75/0، 79/0 و 6/0 و 65/0بود و در دوره اعتبارسنجی(2016-2009) این مقادیر به ترتیب 82/0، 83/0و 70/0 و 75/0 هستند. نتایج مربوط به وزن‌دهی مدل‌های گردش عمومی و بررسی تغییرات بارش و دمای متوسط ماهانه و سالانه در آینده دور و نزدیک شامل دوره‌های 2016 تا 2030 و 2016 تا2045 بیان‌گر وجود عدم‌قطعیت بالا در پیش‌بینی مدل‌های گردش برای متغیر بارش در مقایسه با دما است؛ به‌طوری که متوسط بارش سالانه در آینده نزدیک و دور تحت بعضی سناریوها کاهشی و تحت تعدادی از سناریوها افزایشی است، اما این تغییرات در دمای متوسط در تمام سناریوها افزایشی است. نتایج شبیه‌سازی جریان ورودی به مخزن تحت سناریوهای تغییراقلیم بیان‌گر کاهش 40 تا 50 درصد ورودی به مخزن در سناریوهای مختلف تغییراقلیم نسبت به ورودی به مخزن در دوره پایه است. در بخش نهایی نتایج مربوط به بهینه‌سازی تخصیص از مخزن سد زاینده‌رود با استفاده از نرم‌افزار لینگو نشان می‌دهد که بیش‌ترین کمبود آبی ماهانه در سناریوهای مختلف مربوط به فصل بهار است و بیش‌ترین کمبود آبی سالانه در دوره (2045-2016) تحت سناریوRCP8.5 با حجم 841 میلیون متر مکعب است. همچنین در میان پنج شاخص عملکرد مخزن که برای آینده محاسبه شده،کم‌ترین شاخص پایداری مربوط به سناریو RCP8.5 است. کلمات کلیدی: تخصیص بهینه از مخزن سد، مدل SWAT، الگوریتم SUFI-2، تغییراقلیم، نرم‌افزار لینگو

ارتقاء امنیت وب با وف بومی