توسعه مدل تصميم‌گيري براي مديريت تلفيقي منابع آب‌سطحي و زيرزميني در شرايط عدم قطعيت با استفاده از شبكه هاي باور بيزين (مطالعه موردي: دشت مياندوآب)

دكتري

رقابت بين برداشت آب در بخش كشاورزي و تامين نياز زيست محيطي مشكلي فزاينده در حوضه‌هاي آبريز بسته است. دليل اين امر، عدم تامين نياز آبي درياچه هاي موجود در اين حوضه‌هاست كه تحت تأثير برداشت آب از بالادست رودخانه‌ها، براي تامين نياز كشاورزي قرار دارند. در اين تحقيق، يك مدل شبيه‌سازي-بهينه‌سازي چندزمانه (Multi-period) براي شناسايي سناريوهاي بهينه مديريت منابع آب در حوضه‌هاي آبريز بسته توسعه داده شد و از آن به منظور كاهش رقابت بين نياز كشاورزي و زيست-محيطي در دشت مياندوآب در حوضه آبريز اروميه به كار گرفته شد. سپس يك مدل تصميم گيري بهينه جايگزين بر پايه نتايج به دست آمده از مدل شبيه سازي-بهين سازي توسعه داده شد. اين مدل تصميم گيري با خوشه بندي سناريوهاي بهينه امكان بررسي همزمان و جامع تاثيرات سناريوهاي بهينه را بر مولفه هاي هيدرولوژيكي و اقتصادي فراهم مي كند. ابتدا در اين تحقيق يك مدل بهره‌برداري تلفيقي آب سطحي و آب زيرزميني براي دشت مياندوآب بر پايه پيوند ديناميكي بين مدل هاي WEAP و MODFLOW توسعه داده شد. بهينه سازي دوهدفه با دو منبع داده مشاهداتي آب سطحي و زيرزميني براي كاليبراسيون اين مدل مورد استفاده قرار گرفت. در اين مرحله، دوره زماني 2001-2013 به عنوان دوره كاليبراسيون و دوره زماني 1991-2001 به عنوان دوره اعتبارسنجي در نظر گرفته شد. در گام دوم، يك مدل شبيه سازي-بهينه سازي توسعه داده شد تا سناريوهاي بهينه به منظور تامين همزمان نياز كشاورزي و زيست محيطي را شناسايي نمايد. در اين مدل، داده هاي هواشناسي و هيدرولوژي مورد استفاده شامل دوره هاي مختلف خشكسالي و مربوط به دوره تاريخي 30 ساله 1984-2013 است. مدل شبيه¬سازي در اين تحقيق شامل ماژول هيدرولوژيكي WEAP-MODFLOW، ماژول زراعي و ماژول اقتصادي است. در گام پاياني، با استفاده از نتايج مدل شبيه‌سازي-بهينه‌سازي دو نوع مدل تصميم گيري بر پايه شبكه استاتيك و پوياي بيزين توسعه داده شد. شبكه استاتيك بيزين اثرات سناريوهاي مديريتي و شرايط خشكسالي بر آب ورودي به درياچه و سود كشاورزي با مقياس سالانه را ارزيابي مي كند و شبكه‌ پوياي بيزين به منظور بهره برداري تلفيقي از منابع آب‌سطحي و زيرزميني با مقياس ماهانه به كار گرفته مي¬شود. نتايج كاليبراسيون دوهدفه نشان مي دهد كه استفاده از دو منبع داده مشاهداتي باعث كاهش عدم قطعيت پارامترهاي كاليبراسيون در مقايسه با كاليبراسيون تك هدفه و استفاده از يك منبع داده مشاهداتي مي شود. نتايج حاصل از مدل شبيه‌سازي-بهينه‌سازي نشان مي‌دهد كه به كارگيري همزمان متغير‌هاي تصميم (حداقل جريان زيست محيطي، كم آبياري و تغيير سطح زير-كشت) امكان افزايش جريان ورودي به درياچه اروميه و افزايش سود كشاورزي را به ترتيب تا 16درصد و 24 درصد در مقايسه با شرايط تاريخي فراهم مي كند. همچنين نتايج نشان مي دهد كه با افزايش حداكثر سود در دراز مدت، افت شديد موقتي در سود كشاورزي در اثر خشكسالي شديد رخ مي‌دهد كه با افزايش ظرفيت پمپاژ آب‌هاي زيرزميني و كاهش موقت حداقل نيازهاي زيست‌محيطي مي‌توان از اين افت جلوگيري كرد. چنين راهكاري در هنگام خشكسالي شديد منجر به كاهش موقتي تراز آب زيرزميني و آب ورودي به درياچه مي‌شود كه پس از پايان دوره خشكسالي شديد به حالت پايدار باز مي‌گردد. نتايج حاصل از آناليز حساسيت شبكه¬هاي بيزين نشان مي دهد كه شرايط خشكسالي نسبت به ساير متغيرها بيشترين تاثير را بر آب ورودي به درياچه اروميه دارد. نتايج حاصل از آزمون هاي صحت سنجي شبكه هاي بيزين نشان مي‌دهد كه اين مدل‌ها از توانايي بالا و دقت قابل قبولي براي شبيه سازي برخوردار هستند. بدين ترتيب يك تصميم‌گير قادر است تا با استفاده از شبكه هاي بيزين به عنوان يك مدل جايگزين براي مدل¬هاي پيچيده شبيه سازي-بهينه سازي، اثرات متغيرهاي مداخله مانند سناريوهاي مديريتي و شرايط خشكسالي را بر متغيرهاي هدف مانند آب ورودي به درياچه و سود خالص كشاورزي با زمان اجراي كم ارزيابي نمايد.

195582

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حسين بابازاده - دكتر مجيد احتياط

مهندسي و مديريت منابع آب

دكتر باقر ذهبيون