دانلود پایان نامه

مدل WEAP در سال 1990 توسط مؤسسه محیط زیست استکهلم و با حمایت ویژه مرکز مهندسی هیدرولوژی گردان مهندسی ارتش آمریکا توسعه یافت، و تا کنون چند نسخه از آن تحت سیستم عامل های مختلف طراحی و هر ساله به روز رسانی میشود. WEAP یک نرمافزار جامع و پیشرفته در مدیریت منابع آب است که در حوزه های آبریز کاربرد کسترده ای دارد. WEAP بر معادله های بیلان آب استوار میباشد و قابلیت شبیه سازی و بهینه سازی حقابه ها را با در نظر گرفتن اولویتهای تخصیص را دارا است. همچنین شبیه سازی آبهای سطحی و زیر زمینی، بهره برداری از مخازن، برقابی، کیفیت (روندیابی آلودگی) و اکوسیستم (نیاز زیست محیطی)، ارزیابی آسیب پذیری و تحلیل منفعت-هزینه از دیگر امکانت آن میباشد. از دیگر محاسن این نرمافزار قابلیت اتصال آن به دیگر نرمافزار های صفحه گستره (Excel و…) و نرمافزار های که خود شرکت برای بهبود کارایی نرمافزار در زمینه های که دچار ضعف است بطور مثال نرمافزار LEAP برای عملکرد بهتر در زمینه برقابی و MODFLOW برای بهبود شبیه سازی آب زیرزمینی. برای تخصیص آب از منابع مختلف به نیازهای تعریف شده در حوزه براساس اولویت (p)، در هرگام زمانی از بهینه سازی خطی (رابطه 1) با تابع هدف بیشینه سازی (Max Z) درصد پوشش نیاز (C) در هر گره استفاده میشود:
(1)
محاسبات WEAP از ماه اول سال آغاز و تا پایان ماه آخر آخرین سناریو ادامه می یابد. در این مرحله میزان کل ورودی ها و خروجی ها از تمام گره ها و لینکها برای هر ماه مورد نظر محاسبه می شودکه شامل محاسبه میزان برداشت از منابع برای جبران نیازها می باشد[8].
نرمافزار WEAP در بخش مدلسازی هیدرولوژیکی، تمامی فرایندهای لازم جهت موازنه کمی آبهای سطحی و اندرکنش سفره آب زیرزمینی با جریان رودخانه را مدل میکند. برای مدلسازی از یکی از سه روش موجود در نرمافزار استفاده می شود. این روشها عبارتند از:
روش رطوبت خاک (پیچیدهترین روش)
روش بارش-رواناب FAO (متوسط)
روش ساده ای که فرآیند بارش-رواناب را مدل نمیکند.
بطور خلاصه خصوصیات مدل هیدرولوژیکی آن عبارتند از: نیمه تئوری- پیوسته زمانی- معین- نیمه توزیعی. به دلیل نیمه تئوری بودن مدلهای هیدرولوژیکی تعبیه شده در WEAP باید از واسنجی استفاده کرد. در عین حال برای واسنجی ابزار خاصی تعبیه نشده و این کار به صورت دستی انجام میشود.
قائده بهرهبرداری از مخازن در این نرمافزار به صورت ساده و از طریق تعیین سطوح (تراز مخزن) مختلف آب جهت کنترل سیلاب، ذخیره و دوره زمانی آینده، تولید برقآبی و تأمین نیاز پایین دست شبیهسازی میگردد. کیفیت آب درون جریان (رودخانه) علی رغم مخازن (مانند دریاچه، مخازن سدها و سفرههای آب زیرزمینی) مدل میشود.
2-7 پیشینه استفاده از مدل مدیریتی WEAP
اولین کاربرد WEAP برای مطالعه حوضه آرال سی در سال 1992 بوده است که این مدل در آن زمان محدودیت های زیادی داشت. Raskin و همکاران (1992) حوضه دریای آرال را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق مسئله اصلی، کاهش آب دریاچه آرال بر اثر برداشت بی رویه در بالادست است. به همین منظور با استفاده از نرمافزار WEAP مطالعهای صورت گرفت که هدف آن ارزیابی وضعیت موجود بیلان آب و استراتژی های مدیریتی بود. سناریوهای مدیریتی عبارت بودند از: 1) تغییر الگوی مصرف، 2) مدیریت بهتر سیستم، 3) توسعه منابع جدید آب [8].
Rosegrant و همکاران در سال 2000 اقدام به مدل کردن حوضه رودخانه Maipo نمودند. برای این منظور از یک مدل جامع هیدرولوژیکی-اقتصادی که هم دارای چارچوب بهینه سازی و هم شبیهسازی است، استفاده شده است. این مدل از یک شبکه گره-یال برای تخصیص جریان استفاده مینماید. بخش بهینهسازی آن مربوط به تابع هدف بیشینه کردن سود حاصل از کاربریهای آب است. شبیهسازی در بخشهای مختلفی به کار رفته است، که عبارتاند از: چرخه هیدرولوژیکی آب در حوضه، بیلان و انتقال نمک، و رفتار گیاه نسبت به کمیت آب، کیفیت نمک و تکنولوژی آبیاری. مدل برای افق زمانی کوتاه مدت (یک ساله) و با گامهای زمانی یک ماهه حل شده است. فرآیندهای موجود در مدل عبارتند از: بیلان و انتقال جریان و نمک در شبکه حوضه رودخانه، فرآیندهای آبیاری و زهکشی، توابع تولید محصول تحت تأثیر کمبود آب و شوری آب، تابع سود حاصل از مصارف درونی و مصارف بیرونی جریان همراه با انگیزههای صرفهجویی آب و کنترل نمک، سیستم مالیات و یارانه جهت تخصیص بهینه آب، بهبود ظرفیتهای آبیاری و حفاظت محیط زیست بهبود زیر ساختها با ملاحظه سرمایه گذاری، قواعد نهادی و سیاستهای حاکم بر تخصیص آب. مدل با استفاده از روش تجزیه برای افق کوتاه مدت با گامهای زمانی یک ماهه حل شده است. از دادههای متوسط دوره بلند مدت برای بارش، تبخیر و تعرق گیاه و همچنین جریان استفاده شد[10].
Levite و همکاران (2003) حوضه رودخانه Olifants واقع در کشور آفریقای جنوبی را مورد بررسی قرار دادند. در این مطالعه اثرات مدیریت تقاضا خصوصا در بخش کشاورزی مورد بررسی قرار گرفت. بیلان آب یک زیر حوضه از حوضه رودخانه به نام Steelport توسط نرمافزار WEAP مدل گردید تا قابلیت این سیستم پشتیبانی تصمیم جهت مطالعات آینده در این زمینه ارزیابی شود. نتایج مطالعه حاکی از آن است که: 1) در بعضی از نقاط حوضه در شدیدترین حالت مدیریت تقاضا نیز بخشی از نیاز تأمین نمیگردد؛ 2) در شرایط خشکسالی مدیریت تقاضا جوابگو نیست؛ 3) با مدیریت تقاضا میتوان نیازهای درونی جریان را به اندازه کافی تخصیص داد؛ 4) نرمافزار WEAP برای ارزیابی سریع تصمیمات تخصیص آب مناسب است، اما نمیتواند تغییرات شدید هیدرولوژیکی کشور آفریقای جنوبی را مدل کند [11].
Alfarra و همکاران (2004) حوضه رودخانه دریاچه Naivasha واقع در کشور کنیا را مورد بررسی قرار دادند. برای بررسی سیستم این حوضه رودخانه در یک قالب جامعنگر از نرمافزار WEAP با هدف یافتن علل و نوع مشکلات آتی استفاده شد. نتایج حاکی است که: 1) اصلیترین مشکل موجود مربوط به بخش کشاورزی میباشد به طوری که در بعضی از قسمتها بیش از نیاز آبیاری تخصیص آب انجام میشود، در حالی که برعکس، در مناطقی دیگر کل نیاز تأمین نمیگردد. 2) بنابراین مشکل اصلی در حقیقت مدیریت ناصحیح است نه کمبود منابع آب [12].
Yates و همکاران (2005) حوضه ساکرامنتو واقع در ایالت کالیفرنیا را با استفاده از نرم افزار WEAP مدل نمودند. سناریوهای اصلی این مطالعه عبارتند از ترتیب اولویتهای تخصیص آب به دو شکل مختلف است. در واقع این تحقیق به منظور نشان دادن و اثبات قابلیتهای مدل WEAP 21 در باز تولید چرخه هیدرولوژیکی و الگوریتمهای تخصیص آب حوضه انجام پذیرفته است[13].
Van Loon و Droogers (2006) در قالب پروژه WatManSup (روشهای پشتیبانی مدیریت یکپارچه آب) اقدام به مدلسازی حوضه Kitui کنیا با کمک مدل WEAP نمودند. در این خصوص از سه سناریو جهت مدلسازی استفاده شد که شامل:
1-سناریوی بدون سد و آبیاری کشاورزی
2-سناریوی دو برابری سدها و آبیاری کشاورزی
3-سناریوی حجم ذخیره سازی دو برابر برای سد و آبیاری کشاورزی برابر با سناریوی مرجع
به طور کلی نتایج نشان میدهند که ساخت سدهای بیشتر یا سد سازی با حجم ذخیره بزرگتر، متوسط تأمین به میزان قابل توجهی افزایش نمییابد، اما در فصل خشک کمبود آب کاهش مییابد [14].
Yates و همکاران (2009) جهت مدیریت یکپارچه منابع آب حوضه رودخانه ساکرامنتو در ایالت کالیفرنیا اقدام کردند. در این مدلسازی با استفاده از نرمافزار WEAP 21 حوضه را به بخشهای متعددی تقسیم کردن؛ حوضه های آب زیرزمینی؛ مناطق تحت آبیاری؛ مناطق شهری؛ حداقل نیاز زیست محیطی؛ تفریحی و مخازن. نتایج حاکی از آن است که برای توسعه متعادل، عرضه و تقاضا از قبیل ذخایر سطحی، تصفیه فاضلاب، مدیریت مشترک منابع سطحی و زیرزمینی حوضه، افزایش بازده مصرف آب و نمک زدایی آب دریا، مخصوصا در مواجهه تغییرات آب و هوای، مفید خواهد بود [15].
Zaoui و همکاران (2010) عامل اصلی کمبود منابع آبی در حوضه Souk-AHRAS، الجزایر را مربوط به مدیریت منابع آب میدانند. در این راستا آنها با استفاده از مدل WEAP اقدام به بررسی و اعمال سناریوهای مختلف عرضه و تقاضا نمودند. در این مقاله سه سناریو، ادامه وضع موجود برای 30 سال آینده، بهبود شبکه های آبرسانی و کاهش تلفات آب کاهش نرخ رشد جمعیت در نظر گرفته شده است. نتایج بیانگر آنست که با توجه به میانگین بارش و آب خروجی و همچنین منابع زیرزمینی حوضه قادر به تأمین حال و آینده نیازها نخواهد بود. هر دو ناحیه سد Ain Dalia قادر به تأمین نیازها نخواهد بود و نیاز تأمین نشده از 6 میلیون متر مکعب در سال 2007 به 9 میلیون متر مکعب در سال 2037 افزایش خواهد یافت و در صورت تغییرات آب و هوا این مقدار به 12 میلیون مترمکعب خواهد رسی[16].