بهره‌برداري تلفيقي از منابع آب‌ سطحي و زيرزميني تحت تاثير تغيير اقليم و عدم قطعيت با استفاده از كاپولاي فازي، مطالعه موردي: زيرحوضه نجف‌آباد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

دكتري

پايداري منابع آب، به‌ويژه در پاسخ به افزايش نيازهاي آبي در بخش‌هاي كشاورزي، صنعتي و شرب، موضوعي اساسي در مناطق خشك و نيمه‌خشك محسوب مي‌شود؛ مناطقي كه در آن‌ها توسعه اقتصادي و زيستي به شدت به منابع آب وابسته است. در سال‌هاي اخير، توسعه شهري، برنامه‌ريزي‌هاي ناپايدار و ضعف در مديريت يكپارچه منابع آب، منجر به عدم تعادل بين عرضه و تقاضا و برداشت بي‌رويه از منابع آب سطحي و زيرزميني شده است. در چنين شرايطي، بهره‌برداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني با رويكردي جامع‌نگر و هماهنگ با ملاحظات اقتصادي، اجتماعي و زيست‌محيطي مي‌تواند يك راهبرد كارآمد براي مديريت بهينه منابع، محسوب شود. با اين حال، پيچيدگي‌هاي سيستم‌هاي انساني و طبيعي، از جمله تغيير اقليم و عدم قطعيت‌هاي فراگير، مديريت منابع آب را با چالش‌هاي جدي مواجه كرده‌اند. در اين رساله، تلاش شده است با ارائه يك مدل تركيبي مبتني بر شبيه‌سازي و بهينه‌سازي چندهدفه، به مديريت تلفيقي منابع آب در دشت نجف‌آباد تحت شرايط عدم قطعيت و تغيير اقليم پرداخته شود. در اين راستا، مدل شبيه‌ساز با استفاده از كاپولاي واين و نسخه توسعه‌يافته واين فازي، وابستگي‌هاي پيچيده ميان متغيرهاي هيدرولوژيكي را در شرايط عدم قطعيت احتمالاتي و امكاني بازنمايي مي‌كند. مدل پيشنهادي در دو منطقه نكوآباد چپ و نكوآباد راست پياده‌سازي شده و كارايي آن در دو بازه زماني 13 ساله دوره پايه (1383–1382 تا 1395–1394) و دوره آتي (1405–1404 تا 1417–1416) تحت سناريوهاي اقليمي SSP2-4.5 و SSP5-8.5 و با استفاده از خروجي سيزده مدل اقليم جهاني ارزيابي گرديد. در ميان ساختارهاي مختلف كاپولاي واين، ساختار C-vine با تركيب متغيرهاي (ΔH T₋₁, T, GW₋₁, GW, SW, Pr,) بهترين عملكرد را در شبيه‌سازي نوسانات سطح آب زيرزميني نشان داد. مقايسه روش پيشنهادي با مدل‌هاي پيشين منطقه، حكايت از دقت و كاربردي بودن اين رويكرد دارد. جهت تبيين عدم قطعيت امكاني، خروجي‌ها به‌صورت مجموعه‌هاي فازي با اعداد فازي ذوزنقه‌اي و برش‌هاي α بيان گرديدند. خروجي‌هاي فازي و قطعي مدل شبيه‌ساز در چارچوب مدل بهينه‌سازي دوهدفه با اهداف پايداري آبخوان و افزايش بهره‌وري آب كشاورزي ادغام شدند و با الگوريتم f-MOPSO حل گرديدند. نتايج دوره پايه نشان داد كه با بهره‌برداري تلفيقي، برداشت از منابع آب زيرزميني در مناطق نكوآباد راست و چپ به‌ترتيب حدود 59 درصد و 58 درصد كاهش يافته است كه بيانگر بهبود پايداري آبخوان همراه با حفظ بهره‌وري مي‌باشد. به‌كارگيري مدل فازي موجب افزايش اطمينان در نتايج گرديد؛ زيرا به جاي ارائه مقادير نقطه‌اي، بازه‌هاي احتمالي براي متغيرهايي نظير افت سطح ايستابي، بهره‌وري و تخصيص منابع ارائه شد. همچنين مدل مديريتي منجر به تعيين ضريب تعديل بهينه براي كنترل برداشت از آب زيرزميني گرديد. نتايج دوره آتي نيز بيانگر آن است كه عليرغم اثربخشي مدل بهره‌برداري تلفيقي، تحت تأثير تغيير اقليم، كاهش بارندگي و افزايش دما، وابستگي به منابع آب زيرزميني تشديد و نوسانات سطح ايستابي افزايش خواهد يافت. علاوه بر اين، كاهش بهره‌وري آب در سناريوهاي آينده، اثرات منفي تغيير اقليم بر توليدات كشاورزي را آشكار مي‌سازد. يافته‌هاي اين پژوهش نشان مي‌دهد كه تلفيق مدل بهينه‌سازي چندهدفه با چارچوب كاپولاي واين و نسخه فازي–واين ابزاري كارآمد براي تحليل و تصميم‌گيري در زمينه مديريت تلفيقي منابع آب در شرايط عدم قطعيت و تغيير اقليم فراهم مي‌كند و مي‌تواند در تدوين راهبردهاي پايدار بهره‌برداري از منابع آب سطحي و زيرزميني نقشي مؤثر ايفا كند.

237453

مهندسي و مديريت منابع آب

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان