نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بررسی کارایی مدل پویایی سیستم در عملکرد مخزن سد زنوز با در نظر گرفتن سناریوهای تغییر اقلیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
رقیه قاسم پور 1
محمدتقی اعلمی 2
سیدمهدی ثاقبیان 3
1 گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه استانبول
2 گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
3 استادیار گروه عمران، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر- ایران
چکیده
در این مطالعه اثرات سناریوهای تغییر اقلیم با در نظر گرفتن شاخص‌های قابلیت اطمینان، آسیب‌پذیری، تاب‌آوری، پایداری و کمبود برای سد زنوز بررسی شده است. کوچک ‌مقیاس‌سازی برای سال‌های 2021 تا ۲۰۴۰ با استفاده از مدل گردش عمومی جو CanESM2 بر اساس سناریوهای مختلف اقلیمی و با استفاده از الگوریتم کرم شب‌تاب (FA) انجام شد. از مدل IHACRES برای شبیه‌سازی جریان ورودی به سد استفاده شد. همچنین، مدل جریان-ذخیره با استفاده از نرم‌افزار Vensim ایجاد شد. نتایج نشان داد که جریان ورودی به ترتیب 12، 30 و 32 درصد در سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 کاهش می‌یابد. بهینه‌سازی الگوی کشت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در صورت اعمال الگوی کشت بهینه در سناریوهای مختلف اقلیمی، تأمین آب به ترتیب در 10، 4 و ۴ سال آینده دشوار نخواهد بود، اما پس ‌از آن، کمبود آب به‌تدریج ظاهر می‌شود. یافته‌ها نشان داد که اگرچه اجرای الگوی کشت بهینه پنج شاخص را در تمام بخش‌های مصرف آب بهبود می‌بخشد، اما مخزن سد قادر به پاسخگویی به تقاضاها در آینده نخواهد بود. بنابراین، اتخاذ سیاست‌ها و روش‌های عملی برای مدیریت منابع آب در تمام بخش‌ها ضروری است.
کلیدواژه‌ها
بهینه سازی
پویایی سیستم
تغییر اقلیم
کرم شب‌تاب
Vensim

عنوان مقاله English

Investigating the Efficiency of the System Dynamics Model in the Performance of the Zounuz Dam Reservoir Considering Climate Change Scenarios

نویسندگان English

Roghayeh Ghasempour 1
Mohammad Taghi Aalami 2
Seyed Mahdi Saghebian 3
1 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran. Faculty of Civil Engineering, University of IT, Istanbul, Turkey.
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 Department of Civil Engineerin, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran.
چکیده English

In this study, the effects of climate change scenarios on the Zounuz Dam were investigated, considering the reliability, vulnerability, resilience, sustainability, and scarcity indicators. Climate projections for the period 2021–2040 were downscaled using the CanESM2 general circulation model under various RCP scenarios, applying the Firefly Algorithm (FA) method. The IHACRES model was used to simulate the inflow to the dam. Also, the flow-storage model was created using the Vensim software. The results indicated that inflow to the dam is projected to decline by 12%, 30%, and 32% under the RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios, respectively. The crop pattern optimization was investigated. The results showed that if the optimal cultivation pattern is applied in different climate scenarios, water supply will not be difficult in the next 10, 4, and 4 years, respectively, but after that, water shortages will gradually appear. The findings showed that although the implementation of the optimal cultivation pattern improves the five indicators in all water consumption sectors, the dam reservoir will not be able to meet future demands. Therefore, it is essential to adopt practical policies and methods for water resource management in all sectors.

کلیدواژه‌ها English

Climate Change
Firefly Algorithm
Optimization
System Dynamics
Vensim
شاهرخی ساردو، م. و جلال کمالی، ن. 1400. مدل پویایی سیستم مدیریت بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی و عملکرد تغذیه مصنوعی (مطالعه موردی دشت نسا بم، کرمان). مجله پژوهش آب ایران. 15(2): 118-109.
فتوکیان، م.ر.، صفاری، ن. و ضرغامی، م. 1396. مدلسازی پویای سیستم سد مخزنی یامچی با اعمال الگوی بهینه کشت جهت تدوین سیاست بهره برداری. ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﻣﻨﺎﺑﻊ آب اﯾﺮان،  3(13): 16-1.
کیومرث روشنگر، ک.، قاسمپور، ر.، ثاقبیان، س.م. 1399. بررسی مقایسه ای پارامترهای تاثیرگذار بر میزان استهلاک انرژی در کانال‌های با مقاطع مختلف بر اساس روش آنالیز فاکتوریل و روش هوشمند. نشریه آبیاری و زهکشی، 1(14): 216-205.
Ahmadi, M., Haddad, O.B. and Loáiciga, H.A. 2015. Adaptive reservoir operation rules under climatic change. Water Resources Management. 29: 1247–1266.
Baron, J.S., Poff, N.L., Angermeier, P.L., Dahm, C.N., Gleick, P.H., Hairston, N.G., Jackson, R.B., Johnston, C.A., Richter, B.G. and Steinman, A.D. 2002. Meeting ecological and social needs for fresh water. Ecological Applications. 12(5), 1274-1260.
Chen, J., Shi, H., Sivakumar, B., Peart, M.R. 2016. Population, water, food, energy and dams. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 56: 18–28.
Croke, B. F.W. and Jakeman, A.J. 2008. Use of the IHACRES rainfall-runoff model in arid and semi arid regions. Hydrological Modelling in Arid and Semi-Arid Areas. Cambridge University Press, Cambridge, UK, pp. 41–48.
Ehteram, M., Mousavi, S.F., Karami, H., Farzin, S., Singh, V.P., Chau, K.W. and El-Shafie, A. 2018. Reservoir operation based on evolutionary algorithms and multi-criteria decision-making under climate change and uncertainty. Journal of Hydroinformatics. 20: 332–355.
Forrester, J.W. 2007. On the history, the present and the future of system dynamics. System Dynamics Review. 23(2-3): 157–189.
Hakami-Kermani, A., Babazadeh, H., Porhemmat, J., Sarai-Tabrizi, M. 2020. An uncertainty assessment of reservoir system performance indices under the climate change effect. Ain Shams Engineering Journal. 11: 889–904.
Jackson, R.B., Carpenter, S.R., Dahm, C.N., Mcknight, D.M., Naiman, R.J., Postel, S.L. and Running, S.W. 2001. Water in a changing word. Ecological Applications. 11(4): 1027-1045.
Lee, J. and Shin, H. 2021. Assessment of future climate change impact on an agricultural reservoir in South Korea. Water. 13: p.2125.
Littlewood, I., Clarke, R., Collischonn, W. and Croke, B.F. 2007. Predicting daily streamflow using rainfall forecasts, a simple loss module and unit hydrographs: two Brazilian catchments. Environmental Modelling & Software. 22: 1229–1239.
Littlewood, I., Clarke, R., Collischonn, W. and Croke, B.F. 2007. Predicting daily streamflow using rainfall forecasts, a simple loss module and unit hydrographs: two Brazilian catchments. Environmental Modelling and Software. 22: 1229–1239.
Loucks, D. P. and vanBeek, E. 2005. Water Resources Systems Planning and Management-Exercises. United Nation Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO), Paris, France.
McMahon, T.A., Adeloye, A.J. and Zhou, S.L. 2006. Understanding performance measures of reservoirs. Journal of Hydrology. 324: 359-382.
Ranzani, A., Bonato, M., Patro, E.R., Gaudard, L. and De Michele, C. 2018 Hydropower future: between climate change, renewable deployment, carbon and fuel prices. Water. 10: p.1197.
Salman, S.A., Shahid, S., Afan, H. A., Shiru, M.S., Al-Ansari, N. and Yaseen, Z.M. 2020. Changes in climatic water availability and crop water demand for Iraq region. Sustainability. 12: 3437.
Simonovic, S.P. and Ahmad, S. 2002. System dynamics modeling of reservoir operation for management. Journal of Computing in Civil Engineering. 14(3): 190-198.
Sterman, J. 2002. System Dynamics: Systems Thinking and Modeling for A Complex World. MIT Press, Cambridge, MA.
Traynham, L., Palmer, R. and Polebitski, A. 2011. Impacts of future climate conditions and forecasted population growth on water supply systems in the Puget Sound Region. Journal of Water Resources Planning and Management. 137: 318-326.
Wins, I., Breierly, G. and Trowsdale, S. 2009. The use of system dynamics simulation in water resources management. Springer Science. 23: 1301-1323.
Wu, G., Li, L., Ahmad, S., Chen, X. and Pan, X. 2013. A dynamic model for vulnerability assessment of regional water resources in arid areas: a case study of Bayingolin, China. Water Resources Management. 27: 3085-3101.
Yang, X.S. and He, X. 2013. Firefly algorithm: recent advances and applications. International journal of swarm intelligence. 1(1): 36-50.
Zamani, R., Akhond-Ali, A.M., Ahmadianfar, I. and Elagib, N.A. 2017. Optimal reservoir operation under climate change based on a probabilistic approach. Journal of Hydrologic Engineering. 22: 05017019.
 Zarghami, M., Fotookian, M.R., Safari, N. and Aslanzadeh, A. 2016. Reservoir operation using system dynamics under climate change impacts: a case study of Yamchi reservoir, Iran. Arabian Journal of Geosciences. 9: 1-13.