ارزیابی عملکرد مخزن سد نهب در شرایط خشک سالی با استفاده از مدل MODSIM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه زنجان

2 کارشناس ارشد آبیاری و زهکشی دانشگاه زنجان

چکیده

سابقه و هدف: با توجه به کمبود منابع آب در دسترس و افزایش مداوم تقاضای آب، احداث سدهای جدید امری اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسد. سدها از جمله سازه‌های زیربنائی برای ذخیره و تأمین آب به ویژه در دوره‌های خشک‌سالی هستند. چنانچه بهره برداری از مخازن بهینه باشد، اهداف سد به نحو مطلوبی تأمین می‌شود، ولی از آنجاکه بهره‌برداری بهینه از سیستم‌های بزرگ منابع آبی وقت‌گیر، پیچیده و بعضاً دست نیافتنی است، استفاده از روش‌های جایگزین مدل‌های بهینه‌سازی که با دقت قابل قبول، امکان رسیدن به جواب مناسب نزدیک به بهینه را داشته باشند، راه حل مناسبی به نظر می‌رسد. یکی از این سدها که در مرحله اجرا می‌باشد، سد مخزنی نهب واقع بر روی رودخانه خررود در استان قزوین است. هدف بهره‌برداری از این سد، ذخیره جریانات نابهنگام و سیلابی رودخانه خررود و تنظیم آن برای تامین حقابه اراضی کشاورزی پایین دست و تغذیه آبخوان دشت قزوین می‌باشد. هدف از این تحقیق، بررسی نحوه تخصیص آب به مصارف کشاورزی، زیست‌محیطی و تغذیه مصنوعی آبخوان در شرایط خشک‌سالی با استفاده از مدل MODSIM می‌باشد.
مواد و روش‌ها: شبیه‌سازی بهره برداری از سد نهب با استفاده از مدل MODSIM، برای یک دوره بلندمدت 50 ساله و طی سال-های آبی 45-1344 تا 94-1393 و همچنین یک دوره خشک‌سالی هیدرولوژیکی 17 ساله طی سال‌های آبی 78-1377 تا 94-1393 که بر اساس تغییرات متوسط آبدهی رودخانه نسبت به میانگین طولانی مدت تعیین گردیده، انجام شده است. شبیه‌سازی به‌صورت ماهانه برای چهار گزینه قبل از رسوب‌گذاری‌‌، رسوب‌گذاری 20 ساله‌‌، رسوب‌گذاری 50 ساله و شرایط مخزن صفر انجام شده است. اولویت‌بندی تخصیص آب شامل اولویت اول نیاز زیست‌محیطی‌‌، دوم حقابه کشاورزی و سوم نیاز تغذیه مصنوعی اختصاص داده شد. کاهش حجم آب خررود در محل احداث سد از سال آبی 78-1377 تا آخرین سال آبی 94-1393‌‌، به دلایل مختلف از جمله خشک‌سالی و برداشت از بالادست، باعث افت عملکرد سد نهب شده است، به طوری‌که نیازهای هیچ یک از بخش‌های مصرفی در حد قابل قبول تأمین نشده است.
یافته ها: با مقایسه نتایج گزینه‌های مربوط به رسوب‌گذاری مشخص می‌شود که در شرایط رسوبگذاری 20 ساله، مخزن سد بهترین عملکرد را دارد که به دلیل حجم مرده کم در مقایسه با حجم مفید مخزن در این شرایط است. با مقایسه عملکرد مخزن در شرایط مخزن صفر با گزینه‌های رسوبگذاری مشخص می‌شود که احداث سد تأثیر چندانی بر روی بهبود شرایط توزیع آب نخواهد داشت و مقادیر تأمین در این شرایط بهبود قابل توجهی نخواهد کرد. بمنظور ارزیابی نتایج شبیه‌سازی بهره‌برداری از مخزن سد نهب در گزینه های مختلف از شاخص‌های درصد تأمین حجمی‌‌، اعتماد‌پذیری، برگشت پذیری‌‌ و آسیب‌پذیری استفاده ‌شده است. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد که در شبیه سازی بلند مدت (50 ساله) و شرایط خشک‌سالی احداث سد تغییر بسیار کمی در افزایش درصد تامین حجمی و زمانی نیاز آب در منطقه خواهد داشت، به‌طوری که درصد تأمین کل حقابه‌ها در شرایط رسوبگذاری 20 ساله و 50 ساله به ترتیب از 4/77 به 7/37 درصد و از 7/73 به 8/35 درصد و برای شرایط مخزن صفر از 8/58 به 1/34 درصد کاهش یافته است، که در صورت ادامه شرایط خشکسالی و افزایش 1 تا 2 درصدی میزان تامین ها نسبت به شرایط موجود، احداث سد و ادامه روند اجرای آن را کاملاً توجیه ناپذیر می نماید.
نتیجه گیری: به طور کلی می‌توان نتیجه گرفت که در صورت ادامه روند خشک‌سالی، احداث سد نهب جهت بهبود شرایط توزیع آب توجیه‌پذیر نمی‌باشد و شاید تنها کاربرد آن کنترل سیلاب‌های ناگهانی و جلوگیری از خسارت ناشی از سیلاب در پایین‌دست سد باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Assessment of Nohob Dam Reservoir under Drought Conditions Using MODSIM Model

نویسندگان [English]

  • Farhad Misaghi 1
  • Javad Sadeghiha 2
چکیده [English]

Background and Objectives: Due to lack of available water resources and the continuous increase in the water demands, construction of new dams seems inevitable. Dams are such infrastructures for water storage and supply, especially in drought periods. If the operation of the reservoir is optimized, the purposes of dam construction is efficiently supplied. Since the optimum operation of large water resource systems are time consuming, complex and sometimes unattainable, the use of alternative methods of optimization models seems a good solution which are accurately acceptable and give near-optimum answer. Nohob Dam is one of these dams which are implementing at Khar-Rud River at the Qazvin province. The main aim of the operation of the dam is to store Khar-Rud river flows and adjust to meet water rights for agricultural lands downstream and artificial recharge of Qazvin plain. The aim of this study was to investigate the water allocation to agriculture and environmental uses and artificial recharge of aquifers in drought conditions using MODSIM model.
Materials and Methods: The operation of the dam was simulated using the MODSIM model for a long period of 50-year and during the periods of 1965 to 2015, as well as a 17-year hydrological drought period during the periods of 1998 to 2015, which is determined on the basis of average changes in river discharge relative to the long-term average. Simulation was conducted monthly for four options of “before the sedimentation”, “20-year sedimentation”, “50-year sedimentation”, and “no-reservoir conditions”. Water allocation priorities are as follows: 1- environmental requirements, 2- agricultural water rights, and 3- artificial recharge. Reducing Khar-Rud water volume at the dam site from the years 1998 to 2015, has caused the loss of Nohob dam performance for various reasons, including drought and water withdraw from upstream, so that the needs of any sections is not supplied.
Results: By comparing the results of sedimentation options, it is identified that in 20-year sedimentation conditions, the reservoir has the best performance, which is due to the low dead volume compared to the useful volume of the reservoir in these conditions. By comparing reservoir performance with no-reservoir conditions with the other sedimentation options, it can be concluded that the dam construction will not have much effect on improving the water distribution conditions and the amount of supply in these conditions will not be significantly improved. In order to evaluate the simulation results of the operation of the reservoir, various parameters, such as, supply percentages, reliability, resilience and vulnerability were used. Also, the simulation results showed that in long-term simulation (50-year) and drought conditions, the dam construction would slightly change the increase in the volume and temporal water supply and demand in the region, so that the percentage of provision of the total demands of water in 20-year and 50-year sedimentation conditions are reduced from 77.4 to 37.6% and 73.7 to 35.8%, respectively, and for no-reservoir conditions, it is decreased from to 58.8 to 34.1%. By continuing the drought conditions and increasing water supply up to 1-2% as compared to the no-reservoir conditions, the dam construction and the continuation of its implementation is completely unjustified.
Conclusion: In general, it can be concluded that in the drought conditions, the dam construction to improve the water distribution conditions is not justifiable, and perhaps its application is only to control the sudden flooding and prevent the damage caused by the flood at downstream of the dam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nohob Dam
  • operation
  • Drought
  • simulation
  • MODSIM
 1.Ahmed, S., and Simonovic, S.P. 2000. System Dynamics Modeling of Reservoir Operation
for Flood management, J. Com. Civil Engin. 14: 3. 190-198.
2.Farhangi, M., and Bozorg Haddad, A. 2010. Evaluation criteria for designation in
management models in water tanks system (Case study: Karun Basin). J. Water Res.
4: 7. 33-46.
3.Gabriel, L., Azevedo, T., Timothy, K., Gates Darrell, G., Fontane, John W., Labadie, and
Rubem, L. Porto. 2000. Integration of Water Quantity and Quality in Strategic River Basin
Planning. J. Water Recour. Plan. Manage. 126: 6. 85-97.
4.Graham, L.P., Labedie, J.W., Hutchison, I.P.G., and Ferguson, K.A. 1986. Allocation of
Augmented Water Supply under a Priority Water Rights System. Water Resources Research,
22: 7. 1083-1094.
5.Koch, H., and Grünewald, U. 2009. A Comparison of Modeling Systems for the Development
and Revision of Water Resources Management Plans. Water Resources Management,
23: 1403-1422.
6.Labadie, J.W. 1995. MODSIM: River Basin Network Flow Model for Conjunctive StreamAquifer Management Program User Manual and Documentation. Department of Civil
Engineering Colorado State University, 104p.
7.Loucks, D.P., and Van Beek, E. 2005. Water Resources Systems Planning and Management.
United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO, 680p.
8.Mehta, V.K., Aslam, O., Dale, L., Miller, N., and Purkey, D.R. 2013. Scenario-based water
resources planning for utilities in the Lake Victoria region. Physics and Chemistry of the
Earth, 61: 22-31.
9.Nikghalb, H., Massahi, H., and Alimohammadi, S. 2015. MODSIM model in the assessment
of basin water resources development projects. Ninth International Congress of Civil
Engineering, University of Isfahan, May 9-11. (In Persian)
10.Rasi Nezami, S., Zariha, M., Baghvand, A., and Moridi, A. 2011. Allocation of
water resources at the basin scale models to meet the needs of environmental approach
(Case study: Maharlu basin Bakhtegan). Fifth National Conference and Exhibition of
Environmental Engineering, Tehran, Iran, Nov 22-24. (In Persian)
11.Razzaghi, P., Babazadeh, H., and Sechi, M.G., and Sulis, A. 2010. Development of
multi-purpose reservoir operation hedging rule in water resources shortage conditions using
MODSIM8.1. J. Water Soil Resour. Cons. 3: 2. 11-23. (In Persian)
12.Sechi, M.G., and Sulis, A. 2010. Inter-comparison of Generic Simulation Models for Water
Resource Systems. International Congress on Environmental Modeling and Software
Modeling for Environment’s Sake, Fifth Biennial Meeting, Ottawa, Canada, July 5-8.
13.Shourian, M. 2012. Rationing policy development in conditions of limited water resources
multipurpose reservoir operation by using MODSIM 8.1. J. Soil Water Cons. 2: 11-23.
(In Persian)
14.Shourian, M., Mousavi, S.J., and Tahershamsi, A. 2008. Basin-wide Water Resources
Planning by Integrating PSO Algorithm and MODSIM. Water Resources Management,
22: 1347-1366.
15.Simonovic, P.S., Fahmy, H., and Ei-Shorbaghy, A. 1997. The Use of Object-Oriented
Modeling for Water Resources Planing in Egypt, J. Water Resour. Manage. 11: 243-261.
16.Shortridge, J.E., and Guikema, S.D. 2016. Scenario Discovery with Multiple Criteria: An
Evaluation of the Robust Decision-Making Framework for Climate Change Adaptation. Risk
Analysis, 36: 12. 2298-2312.
17.Shortridge, J., Guikema, S., and Zaitchik, B. 2017. Robust decision making in data scarce
contexts: addressing data and model limitations for infrastructure planning under transient
climate change. Climatic Change, 140: 2. 323-337.
18.Tadesse, A., McCartney, M., and Seifu, K. 2010. The water resource implications of planned
development in the Lake Tana catchment, Ethiopia. Ecohydrology and Hydrobiology,
10: 2. 211-222.
19.Tidwell, V., Howard, C., Passell, D., Conrad, S.H., and Thomas, R.P. 2004. System
dynamics modeling for community-based water planning Application to the Middle Rio
Grande, Aquat. Sci, 66: 357-372.
20.Water Resources Planning Studies of Nohob dam. 2010. Qazvin Regional Water Company.
251p.
21.Zhang, X.H., Zhang, H.W., Chen, B., Chen, G.Q., and Zhao, X.H. 2008. Water resources
planning based on complex system dynamics: A case study of Tianjin city. Communications
in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 13: 2328-2336.