تعیین افزایش ارتفاع بهینه اقتصادی سد مخزنی زرینه‌رود با استفاده از رویکرد شبیه‌سازی- بهینه‌سازی و ارزیابی عملکرد مخزن در شرایط تغییر اقلیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

10.22059/jwim.2024.370706.1135

چکیده

در این مطالعه، با استفاده از تلفیق الگوریتم بهینه­سازی فراکاوشی تکثیر علف‌های مهاجم (IWO) و مدل شبیه‌سازی WEAP، میزان افزایش ارتفاع بهینه اقتصادی سد مخزنی زرینه‌رود موردبررسی قرار گرفت. نتایج مدل‌سازی محدوده مطالعه توسط مدل WEAP نشان دادt  در شرایط موجود نیازهای شرب، صنعت، کشاورزی و محیط زیست منطقه با کمبود مواجهند. نتایج مدل شبیه‌سازی- بهینه­سازی (WEAP-IWO) نشان داد مقدار افزایش ارتفاع بهینه اقتصادی سد زرینه‌رود برابر با 3/6 متر می­باشد. حجم جدید مخزن سد با لحاظ‌نمودن افزایش ارتفاع نیز برابر با 4/913 میلیون مترمکعب برآورد گردید. با درنظرگرفتن حجم جدید مخزن سد زرینه‌رود در مدل WEAP، مقادیر درصد پوشش نیازها محدوده و شاخص اطمینان‌پذیری سیستم تأمین آب در محدوده مطالعاتی به‌طور متوسط افزایش 76/17 درصدی را نشان داد. در ادامه بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب ورودی به سد زرینه‌رود در دوره آتی (2040-2022) انجام گرفت. در مجموع نتایج نشان از روند کاهشی میانگین آورد سالانه رودخانه زرینه‌رود نسبت به دوره پایه دارد. در ادامه نتایج نشان داد که در دوره آتی تحت سناریوی SSP1-2.6 (خوش‌بینانه) و سناریوی SSP5-8.5 (بدبینانه)، کمبود منابع آبی برای تأمین نیاز کشاورزی محدوده مطالعاتی به نسبت شرایط موجود در وضعیت بدتری قرار دارد. در هر دو سناریوی SSP1-2.6 و SSP5-8.5 به نسبت شرایط موجود کاهش درصد پوشش نیازهای و هم‌چنین نتایج شاخص اطمینان‌پذیری محدوده مطالعاتی را نشان دادند. لذا افزایش ارتفاع سد به‌منظور مقابله با اثرات تغییر اقلیم امری ضروری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determination of the Optimal Economic Height Increase of the Zarineh-Roud Dam Using a Simulation-optimization Approach and Evaluation of the Reservoir's Performance Under Climate Change Conditions

نویسندگان [English]

  • Omid Niroumand
  • Mojtaba Shourian
  • Maryam Javan Salehi
Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this study, the combination of the Improved Water Optimization (IWO) algorithm and the Water Evaluation and Planning System (WEAP) simulation model was employed to investigate the potential increase in the economic optimum height of the Zarineh Rood Reservoir Dam. The WEAP model's results indicated deficiencies in meeting the drinking, industrial, agricultural, and environmental needs of the study area under current conditions. Furthermore, the WEAP-IWO modeling results revealed an economically optimal increase in the height of the Zarineh Rood dam by 6.3 meters, resulting in a new reservoir volume estimated at 913.4 million cubic meters. By incorporating this increased reservoir volume into the WEAP model, there was an average 17.76 (precent ) enhancement in demand coverage and water supply system reliability across the study area. Additionally, the study assessed the impact of climate change on inflows to the Zarineh Rood reservoir for the future period (2022-2040), indicating an overall decreasing trend in the average annual river discharge compared to the baseline period. Furthermore, under both the SSP1-2.6 (optimistic) and SSP5-8.5 (pessimistic) scenarios, water scarcity for meeting agricultural demands in the study area is projected to worsen relative to current conditions. Reductions in demand coverage and reliability index results for the study area were observed under both SSP1-2.6 and SSP5-8.5 scenarios compared to current conditions. Therefore, increasing the dam's height to mitigate the effects of climate change appears necessary.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate Change
  • Increasing the height of the dam
  • Invasive Weed Optimization (IWO) algorithm
  • WEAP

مراجع

  1. Abushandi, E., & Merkel, B. (2013). Modelling rainfall runoff relations using HEC-HMS and IHACRES for a single rain event in an arid region of Jordan. Water resources management, 27, 2391-2409.
  2. Abbasian, M., Moghim, S., & Abrishamchi, A. (2019). Performance of the general circulation models in simulating temperature and precipitation over Iran. Theoretical and Applied Climatology, 135(3), 1465-1483.
  3. Abera Abdi, D., & Ayenew, T. (2021). Evaluation of the WEAP model in simulating subbasin hydrology in the Central Rift Valley basin, Ethiopia. Ecological Processes, 10(1), 1-14.
  4. Almazroui, M., Saeed, S., Saeed, F., Islam, M. N., & Ismail, M. (2020). Projections of precipitation and temperature over the South Asian countries in CMIP6. Earth Systems and Environment, 4(2), 297-320.
  5. Alrajoula, M. T., Al Zayed, I. S., Elagib, N. A., & Hamdi, M. R. (2016). Hydrological, socio-economic and reservoir alterations of Er Roseires Dam in Sudan. Science of the Total Environment, 566, 938-948.
  6. Banihabib, M. E., Najafi Marghmaleki, S., & Shabestari, M. H. (2019). An Integrated Water Resources Planning Model for Assessment and Prediction of Environmental Water Supplying Hawizeh Wetland from In Turkey, Iraq and Iran. Iranian Water Researches Journal, 13(1), 115-126 (In Persian).
  7. Gao, J., Christensen, P., & Li, W. (2017). Application of the WEAP model in strategic environmental assessment: Experiences from a case study in an arid/semi-arid area in China. Journal of environmental management, 198, 363-371.
  8. Haddad, R., Najafi Marghmaleki, S., Kardan Moghaddam, H., Mofidi, M., Mirzavand, M., & Javadi, S. (2023). Improving the management of agricultural water resources to provide Gavkhuni wetland ecological water right in Iran. Environment, Development and Sustainability, 1-24.
  9. Jakeman, A. J., & Hornberger, G. M. (1993). How much complexity is warranted in a rainfall‐runoff model? Water resources research, 29(8), 2637-2649.
  10. Knoke, T., Gosling, E., & Paul, C. (2020). Use and misuse of the net present value in environmental studies. Ecological Economics, 174, 106664.
  11. Mehrabian, A. R., & Lucas, C. (2006). A novel numerical optimization algorithm inspired from weeds colonization. Ecological informatics, 1(4), 355-366.
  12. Mehta, V. K., Rheinheimer, D. E., Yates, D., Purkey, D. R., Viers, J. H., Young, C. A., & Mount, J. F. (2011). Potential impacts on hydrology and hydropower production under climate warming of the Sierra Nevada. Journal of Water and Climate Change, 2(1), 29-43.
  13. Omran, M. E., & Abbas, H. (1999). Strengthening, heightening and leakage control measures for an ancient Fariman dam in Iran. In Proceedings of the 1998 symposium Rehabilitation of dams, ICOLD 66th annual meeting. (pp. 139-149).
  14. Rajesh, K., & Pyne, S. (2021). Invasive weed optimization-based scheduling for digital microfluidic biochip operations. Integration, 76, pp.122-134.
  15. Schleiss, A. J., De Cesare, G., Franca, M. J., & Pfister, M. (Eds.). (2014). Reservoir sedimentation. CRC Press.
  16. Sha, J., Li, X., & Yang, J. (2021). Estimation of watershed hadrochemical responses to future climate changes based on CMIP6 scenarios in the Tianhe River (China). Sustainability, 13(18), p.10102.
  17. Water Consulting Engineers and Sustainable Development. (2013). Update studies of water resources balance study areas of Urmia Lake catchment area leading to the water year of 2009-2010. Zarrinehroud Study Area Water Balance Report. (In Persian).
  18. Xue, J., Gui, D., Lei, J., Sun, H., Zeng, F., & Feng, X. (2017). A hybrid Bayesian network approach for trade-offs between environmental flows and agricultural water using dynamic discretization. Advances in Water Resources, 110, 445-458.
  19. Yihui, L. U., Shifa, X. I. A., Yuezhen, Y. U. E., & Jiahong, Z. H. A. N. G. (2008). Key technology for dam heightening of Songyue RCC dam. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 30(11), 1614-1619.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 14، شماره 2
مهر 1403
صفحه 309-328

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار