تحليل رواناب‌ها و خشكسالي هاي هيدرولوژيك در حوضه بالادست سد زاينده‌رود با رويكردهاي فازي و ماتريس احتمالات رتبه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

مطالعه حاضر به پيچيدگي‌هاي ذاتي و ماهيت تصادفي پديده‌هاي هيدرولوژيكي، يعني رواناب‌ها و خشكسالي‌هاي ناشي از كاهش اين رواناب¬ها مي‌پردازد. با توجه به اينكه فرآيندهاي فيزيكي اساسي و تعاملات حاكم بر اين پديده‌ها به طور كامل درك نشده‌اند و مدل‌هاي رياضي قابل اعتمادي در حال حاضر در اين حوزه وجود ندارند، اين مطالعه بر اساس روش‌هاي آماري و نظريه احتمال كه به طور گسترده استفاده مي‌شوند، براي توصيف چنين رويدادهايي بنا شده است. به طور خاص، اين مطالعه بر ارزيابي جريان ورودي به سد زاينده رود و خشكسالي‌هاي هيدرولوژيك در حوضه بالادست سد زاينده¬رود در اصفهان تمركز دارد. براي دستيابي به اين هدف جامع، اين مطالعه مدل‌هاي مناسب‌تر و كارآمدتري را در چهار مرحله مجزا ارائه و اعمال مي‌كند. مرحله اول، به مدل‌سازي رواناب‌هاي ورودي به سد زاينده رود اختصاص دارد. يك مدل ماركوف فازي براي غلبه بر محدوديت‌هاي ذاتي مدل ماركوف متداول در زمينه مدل‌سازي جريان رودخانه معرفي شد. كارايي و اثربخشي برتر مدل ماركوف فازي از طريق هشت مثال نظري به طور دقيق نشان داده شد. علاوه بر اين، كاربردپذيري آن از طريق يك مطالعه موردي با تمركز بر جريان ورودي ماهانه به سد زاينده رود تأييد شد. مدل ماركوف فازي پيش‌بيني ملموس¬تر و دقيق‌تري ارائه داد كه نشان مي‌دهد در محتمل¬ترين وضعيت آينده، جريان ورودي متوسط با حداكثر احتمال 53/0 خواهد بود. در مقابل، مدل ماركوف متداول ضعف قابل توجهي در عدم تمايز مؤثر احتمالات تحت شرايط هيدرولوژيكي مختلف نشان داد و احتمال يكساني (33/0) را به هر سه حالت جريان ورودي (جريان كم، جريان متوسط و جريان زياد) اختصاص داد. مرحله دوم مطالعه بر ارزيابي و رتبه‌بندي ريسك مرتبط با جريان ورودي سد زاينده رود تمركز دارد. اين ارزيابي دو دوره اصلي را پوشش مي‌دهد: دوره تاريخي (2018-1990) و يك دوره آينده (2053-2025) كه تحت سه سناريوي اقليمي متمايز ارزيابي شدند. اين چهار دوره زماني متمايز (تاريخي و سه سناريوي اقليمي آينده) به عنوان گزينه‌هاي ارزيابي در نظر گرفته شدند. در اين ارزيابي از سه شاخص عملكرد (قابليت اطمينان، تاب‌آوري و آسيب‌پذيري) به عنوان معيار استفاده شد. در چارچوب ماتريس احتمالات رتبه‌اي، ارزيابي با استفاده از روش¬هاي شاخص ريسك رواناب و روش‌هاي رتبه‌بندي ريسك رواناب انجام شد. همچنين رويكردهاي ذهني، عيني و تركيبي براي وزن‌دهي به اين معيارها به كار گرفته شد. نتايج نشان داد كه معيار تاب‌آوري، بيشترين وزن را در تمام دوره‌هاي زماني داشته است. اين يافته بر اهميت حياتي تاب‌آوري در مديريت سيستم‌ سد زاينده¬رود به ويژه در مواجهه با شرايط تغيير اقليم تأكيد مي‌كند. بر اساس ماتريس احتمالات رتبه‌اي، ريسك رواناب در دوره تاريخي در مقايسه با دوره آينده بيشتر ارزيابي شده است. در مرحله سوم اين مطالعه كه تمركز بر خشكسالي‌هاي هيدرولوژيكي است، هدف ارائه چارچوبي جديد براي ارزيابي سلامت (يا ريسك) منابع آب سطحي در طول خشكسالي در حوضه مورد مطالعه بود. چارچوب نوآورانه و توسعه‌يافته در اين مرحله، شاخص رواناب استاندارد چند متغيره اصلاح‌شده را با مفاهيم اساسي قابليت اطمينان، تاب‌آوري و آسيب‌پذيري تركيب مي‌كند. در اين ارزيابي از هر دو روش متداول و فازي استفاده شد. يك روش‌شناسي قابل¬توجه، ايجاد روشي براي تنظيم خودكار پارامترهاي تابع عضويت فازي بود. اين تنظيم به صورت پويا بر اساس شرايط خشكسالي واقعي مشاهده‌شده در حوضه انجام شد. نتايج به وضوح نشان داد كه روش فازي خودكار عملكرد بهتري در شناسايي شدت خشكسالي‌ها نشان داده و در نتيجه در تعيين كميت سلامت منابع آب سطحي حوضه در شرايط خشكسالي مؤثرتر بوده است. هنگام استفاده از روش متداول براي طبقه‌بندي، سلامت (يا ريسك) حوضه به طور مداوم براي دوره‌هاي تاريخي و آينده به عنوان "ناسالم (ريسك زياد)" ارزيابي شد. در مقابل، روش فازي خودكار، ديدگاهي متفاوت و دقيق‌تري ارائه داد و سلامت حوضه را براي هر دو دوره تاريخي و آينده به عنوان "متوسط سلامتي (متوسط ريسك)" طبقه‌بندي كرد. مرحله نهايي بر ارزيابي جامع ريسك خشكسالي هيدرولوژيكي متمركز بود. اين ارزيابي بر اساس ماتريس احتمالات رتبه‌اي، به طور خاص با در نظر گرفتن دوره‌هاي بازگشت دو متغيره (توأم و مشروط) در هر دو دوره تاريخي و آينده انجام شد. اين ارزيابي با تعريف شش سناريوي ريسك متمايز، ساختاري جامع يافت. در اين مرحله، توابع مفصل تي-استيودنت و جو به ترتيب به عنوان تابع مفصل برتر براي مدل‌سازي توزيع‌هاي توأم در دوره تاريخي و آينده شناسايي شد. در تمام سناريوهاي ارزيابي شده در دوره‌هاي بازگشت توأم و مشروط، ريسك جامع خشكسالي در دوره تاريخي كمترين و در دوره آينده بيشترين مقدار را نشان مي‌دهد.

236018

مهندسي و مديريت منابع آب

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان