SUPERVISOR
Hamid Reza Safavi,Sayyed-Saeid Eslamian
حمیدرضا صفوی (استاد مشاور) سیدسعید اسلامیان (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Javad Zareian
محمد جواد زارعیان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389
TITLE
Investigation of Water Allocation in Zayandeh-Rud Dams under Climate Change Considering the Optimization of Water Resources and Consumptions
As the impact of climate change with increased growth and development of the world, causing major problems in the field of available water resources. Under such conditions modeling related to the allocation of water resources must be considered based on accurate predictions of the all future factors affecting water resources and consumptions, including climate change. This study investigated the effects of climate change on water resources and consumptions in the downstream of the Zayandeh-Rud dam as one of the areas involved in Iran's water resources problems. 15 GCM models were selected to investigate the climate change in the 30-year period from 2015 to 2044 under the A2 and B1 emission scenarios. Based on the performance of the GCMs to prediction of temperature and precipitation parameters, these models weighted and combinations of climate change patterns, including the ideal, medium and critical were defined. Daily temperature and precipitation data were generated with the LARS-WG model and were converted to the regional scale using the new method of Modified Weighting Approach Using Actual Value (MWM-AV). Then, the impacts of climate change were investigated on the agriculture, input runoff to the dam and limit withdrawals from groundwater. Finally, the available water in the future was allocated between different applications using the GAMS software. Water allocated based on 6 different management scenarios, which included various scenarios, such as increased water efficiency in agriculture, elimination of crops with high water use, reduction in the rate of drinking and industrial water increases and combined scenarios. The results showed that the temperature will increase in all climate change patterns and precipitation often will reduce in the region. The temperature changes were estimated between 0.55 to 1.34°C and precipitation changes were estimated between +1.8% to -20.7%. The maximum precipitation decrease will occur in the West and the maximum temperature increase will occur in the East of the basin. The reduction in the dam inflow is 80 million cubic meters for the most ideal condition and 274 million cubic meters in the most critical condition. The evapotrairation in the study area between would increase between the 1.3 to 8.4 % that would increase the agricultural water requirement. The water requirement of the rice and corn crops, would increase more than other plants in the region. Climate change will also change the recharger parameters of the aquifer and will reduce the extraction of water to 1929 million cubic meters in the beginning of the allocation period. Results of water allocation management scenarios showed that without a specific management on water consumption, annual water shortage will occur from 610 to 1031 million cubic meters in the area. The minimum water shortage occurs in the case of apply the increase in irrigation efficiency, elimination of crops with high water use, reduction in the rate of drinking and industrial water increases at the beginning of modeling, simultaneously. Under this condition, the water shortage will be minimized, but the water shortage is stable. On the other hand, due to the impossible states of immediate implementation of the above changes, the optimal scenario was diagnosed based on these changes in a 30 years period. Results showed that under this management scenario, the water shortage can be controlled by 516 to 816 million cubic meters. In general, we should not expect that the water resources shortage reduced only based on the water consumption management in the region. Excessive load on water resources and water-transfer to the outside areas of the river basin, will increase the water demand. So, despite the decline in cultivation and groundwater extraction control, the water shortage will be intensified in this area. A part of water shortage in the future, will occur because of the low water inflow into the dam that the decrease in precipitation is the main reason of this change. So to fix the water shortage in the basin, the other water supply projects should be considered such as inter-basin water transfer. The volume of required water for inter-basin water transfer should be considered based on the maximum shortage occurring in the optimal management during the next 30 years, by 500 to 800 million cubic meters. Keywords: Zayandeh-Rud River Basin, Climate change, Temperature, Precipitation, Water resources management, Water shortage, Optimized water resources allocation
تأثیر همزمان تغییرات اقلیمی با رشد و توسعه فزاینده جهان، باعث ایجاد مشکلات عمده در زمینه منابع آب قابل دسترس خواهد شد. تحت چنین شرایطی مدل سازی های مرتبط با تخصیص منابع آب باید بر اساس پیش بینی های صحیح در آینده انجام پذیرند تا تمامی عوامل مؤثر بر منابع و مصارف آب از جمله تغییر اقلیم در نظر گرفته شوند. این مطالعه به منظور بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع و مصارف آب در پایین دست سد زاینده رود به عنوان یکی از مناطق درگیر با مشکلات منابع آب در ایران انجام گرفته است. 15 مدل GCM جهت بررسی تغییرات اقلیم در دوره 30 ساله 2015 تا 2044 تحت سناریوهای انتشار A2 و B1 انتخاب گردیدند. بر اساس دقت مدل های GCM در پیش بینی پارامترهای دما و بارندگی، این مدل ها وزن دهی شده و ترکیبی از الگوهای تغییر اقلیم شامل ایده آل، متوسط و بحرانی تعریف گردیدند. داده های روزانه دما و بارندگی با استفاده از مدل LARS-WG تولید شده و با استفاده از روش جدید وزن دهی اصلاح شده بر اساس مقادیر واقعی (MWM-AV) به صورت منطقه ای تبدیل شدند. سپس اثرات تغییر اقلیم بر مصارف کشاورزی، رواناب ورودی به سد و حد مجاز برداشت از آب زیرزمینی بررسی شدند. در نهایت مقادیر آب در آینده با استفاده از نرم افزار GAMS بین مصارف مختلف تخصیص داده شد. تخصیص آب بر اساس 6 سناریوی مدیریتی مختلف انجام گرفت که شامل حالات مختلفی از قبیل افزایش راندمان آب در بخش کشاورزی، حذف گیاهان پرمصرف، کاهش در نرخ مصرف آب شرب و صنعت و سناریوهای ترکیبی بود. نتایج نشان داد که دمای منطقه در تمام الگوهای تغییر اقلیم افزایش و بارندگی منطقه در اکثر مواقع کاهش می یابد. مقدار تغییرات دما بین بین 55/0 تا 34/1 درجه سانتیگراد و تغییرات بارندگی بین 8/1+ درصد تا 7/20- درصد تخمین زده شد. بیشترین مقدار کاهش بارندگی در غرب و بیشترین مقدار افزایش دما در شرق حوضه رخ خواهد داد. مقدار کاهش رواناب ورودی به سد در خوشبینانه ترین حالت 80 میلیون متر مکعب و در بحرانی ترین حالت، 274 میلیون متر مکعب خواهد بود. مقدار تبخیر و تعرق پتانسیل در منطقه مورد مطالعه بین 1/3 تا 8/4 درصد رشد خواهد داشت که باعث افزایش نیاز آبی بخش کشاورزی می گردد. گیاهان برنج و ذرت بیش از سایر گیاهان در الگوی کشت منطقه، دارای افزایش نیاز آبی خواهند شد. تغییر اقلیم همچنین موجب تغییر در پارامترهای تغذیه کننده آبخوان ها خواهد شد و حداکثر برداشت آب زیرزمینی را به 1929 میلیون متر مکعب در آغاز دوره تخصیص آب کاهش خواهد داد. نتایج مربوط به سناریوهای مدیریتی تخصیص آب نشان داد که بدون اعمال یک مدیریت خاص بر مصارف آب، کمبود آبی سالانه بین 610 تا 1031 میلیون متر مکعب در در انتظار منطقه خواهد بود. کمترین کمبود آب در حالتی رخ می دهد که افزایش راندمان آبیاری، حذف گیاهان پرمصرف، کاهش نرخ رشد نیاز آب شرب و صنعت به صورت همزمان و در همان ابتدای دوره مدل سازی انجام پذیرد. تحت چنین شرایطی کمبود آب به حداقل خواهد رسید ولی باز هم کمبود آب وجود خواهد داشت. از طرف دیگر به دلیل امکان پذیر نبودن اجرای آنی تغییرات ذکر شده، سناریوی بهینه بر اساس اعمال تغییرات در یک دوره 30 ساله تشخیص داده شد. نتایج نشان داد که تحت این سناریوی مدیریتی، مقدار کسری آب را می توان بین 516 تا 816 میلیون متر مکعب کنترل نمود. در حالت کلی نباید انتظار داشت که کمبود منابع آب در حوضه زاینده رود تنها بر اساس مدیریت مصرف آب در این منطقه کاهش پیدا کند. بارگزاری های بیش از حد بر منابع آب موجود و انتقال آب به مناطق بیرون از حوضه زاینده رود، باعث افزایش فزاینده نیاز آبی خواهد شد. بنابراین با وجود کاهش سطح زیر کشت و کنترل برداشت آب زیرزمینی، باز هم مقدار کمبود آب در این ناحیه شدت خواهد داشت. بخشی از کمبود آب در آینده به خاطر کم شدن جریانات ورودی به سد می باشد که کاهش بارندگی دلیل اصلی این موضوع می باشد. بنابراین برای جبران کسری آب در حوضه، باید طرح های دیگر تأمین آب نظیر انتقال آب بین حوضه ای در نظر گرفته شوند. حجم آب مورد نیاز برای انتقال آب بین حوضه ای بر اساس حداکثر کمبود های رخ داده در طول 30 سال آینده، باید بین 500 تا 800 میلیون متر مکعب در شرایط مدیریت بهینه منابع آب در نظر گرفته شود. کلمات کلیدی : حوضه زاینده رود، تغییر اقلیم، درجه حرارت، بارندگی، مدیریت منابع آب، کمبود آب، تخصیص بهینه منابع آب.