شماره ركورد
25922
شماره راهنما
CIV2 247
عنوان
تحليل ريسك برنامهريزي مخزن سد زايندهرود در شرايط خشكسالي با استفاده از مدلسازي بيزي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران - مديريت منابع آب
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1405/03/13
صفحه شمار
82 ص.
استاد راهنما
محمد علي عليجانيان
كليدواژه فارسي
مدلسازي بيزي , تحليل ريسك , برنامه ريزي مخزن سد , خشكسالي , مديريت منابع آب
چكيده فارسي
خشكسالي يكي از پيچيدهترين مخاطرات طبيعي است كه بهدليل ماهيت تدريجي و چندبعدي خود، ارزيابي و پايش آن نيازمند رويكردي جامع و يكپارچه است. در اين پژوهش با هدف پايش خشكسالي چندبعدي و ارزيابي عملكرد منابع آب در حوضه آبريز زايندهرود، وضعيت خشكسالي و اثرات آن بر مؤلفههاي مختلف منابع آب در دوره زماني 2000 تا 2020 بررسي شد. مطالعه حاضر با تمركز بر سامانه منابع آب سطحي و زيرزميني مرتبط با سد زايندهرود، تلاش ميكند ارتباط ميان خشكسالي اقليمي، هيدرولوژيكي و آب زيرزميني را در قالب يك چارچوب تحليلي يكپارچه تبيين نمايد.
در اين پژوهش، شاخصهاي خشكسالي شامل SPI، SPEI، SRI، SGI و SSI در مقياسهاي زماني 3 و 6 ماهه محاسبه شدند تا ابعاد مختلف خشكسالي در سامانه منابع آب حوضه مورد ارزيابي قرار گيرد. شاخصهاي SPI و SPEI بر پايه دادههاي بارش(15 ايستگاه بارانسنجي) و دما(3 ايستگاه سينوپتيكي) در بالادست سد زايندهرود محاسبه گرديد. سپس بهمنظور استخراج يك شاخص تلفيقي خشكسالي، از روش تحليل مؤلفههاي اصلي (PCA) استفاده شد و شاخص خشكسالي چندبعدي (MDI) بهدست آمد. در ادامه، بهمنظور بررسي وابستگي ميان شدت و مدت خشكسالي و شاخصهاي عملكرد منابع آب، از مدل مفصلها (Copula) و چارچوب استنتاج بيزي استفاده شد و روابط آماري ميان متغيرها با ضرايب همبستگي پيرسون و اسپيرمن ارزيابي گرديد.
نتايج نشان داد كه شاخصهاي خشكسالي در مقياس زماني 3 ماهه حساسيت بيشتري نسبت به تغييرات كوتاهمدت سامانه هيدرولوژيكي دارند، در حالي كه مقياس 6 ماهه روندهاي پايدارتر و بلندمدتتر خشكسالي را بهتر منعكس ميكند. شاخص SPI وقوع نوسانات بارشي كوتاهمدت را آشكار ساخت و شاخص SPEI نيز تداوم خشكسالي را تحت تأثير همزمان كاهش بارش و افزايش تبخير–تعرق نشان داد. شاخص SRI بيانگر كاهش قابل توجه رواناب و تشديد خشكسالي هيدرولوژيكي در سالهاي پاياني دوره مطالعه بود. شاخص SGI نيز نشان داد كه كاهش برداشت آب زيرزميني در برخي سالها بيش از آنكه ناشي از بهبود مديريت منابع باشد، نتيجه افت سطح آبخوان و كاهش توان بهرهبرداري از منابع زيرزميني بوده است. همچنين شاخص SSI روند كاهشي قابل توجهي را در ذخيره مخزن سد زايندهرود نشان داد كه بيانگر كاهش توان تنظيمي مخزن در سالهاي اخير است.
تحليل دورههاي بازگشت رويدادهاي خشكسالي نشان داد كه در مقياس زماني 3 ماهه، شديدترين رويداد خشكسالي داراي مدت 13 ماه و شدت 23.5 بوده و با دوره بازگشت حدود 246.8 ماه (معادل 20.6 سال) در رده خشكسالي شديد قرار ميگيرد. همچنين در اين مقياس رويدادهايي با مدت 7 ماه و شدت 8.2 داراي دوره بازگشت حدود 8.9 سال و رويدادهايي با شدت كمتر داراي دوره بازگشت بين حدود 1.5 تا 6.7 سال مشاهده شد. در مقياس زماني 6 ماهه نيز شديدترين رويداد خشكسالي با مدت 14 ماه و شدت 17.16 داراي دوره بازگشت حدود 858.6 ماه (معادل 71.6 سال) بوده كه در رده خشكسالي استثنايي قرار ميگيرد. علاوه بر اين، رويدادي با مدت 9 ماه و شدت 11.9 داراي دوره بازگشت حدود 21.2 سال در رده خشكسالي شديد قرار دارد.
بررسي روابط وابستگي ميان شاخص خشكسالي چندبعدي و شاخصهاي عملكرد منابع آب نشان داد كه برخي شاخصها نظير ظرفيت تأمين آب به ازاي واحد سطح و نرخ توسعه و بهرهبرداري از منابع آب سطحي وابستگي ضعيفتري با خشكسالي دارند، در حالي كه شاخصهايي مانند نرخ ذخيره مخزن، حجم ذخيره مؤثر به ازاي واحد سطح و بهويژه نرخ آبياري اراضي كشاورزي حساسيت بيشتري نسبت به تغييرات خشكسالي نشان ميدهند. نتايج مدلسازي مبتني بر مفصلها و شبكه بيزي نيز بيانگر آن است كه رابطه ميان خشكسالي و عملكرد منابع آب در حوضه زايندهرود ماهيتي غيرخطي داشته و در برخي موارد داراي رفتار آستانهاي است. بر اساس تحليل انجامشده، نقطه تعادل ميان عرضه و تقاضاي منابع آب در حدود دوره بازگشت 2.5 سال برآورد شد كه فراتر رفتن از اين آستانه ميتواند منجر به بروز شرايط كسري آب در حوضه گردد.
بهطور كلي نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه تركيب شاخصهاي مختلف خشكسالي با روش تحليل مؤلفههاي اصلي و مدلهاي آماري پيشرفته نظير Copula و استنتاج بيزي ميتواند چارچوبي كارآمد براي پايش خشكسالي و ارزيابي عملكرد منابع آب فراهم آورد. يافتههاي اين مطالعه ميتواند بهعنوان مبنايي علمي براي توسعه سامانههاي هشدار زودهنگام خشكسالي، بهبود مديريت مخازن و برنامهريزي پايدار تخصيص آب در حوضه زايندهرود مورد استفاده قرار گيرد.
كليدواژه لاتين
Bayesian modeling , risk analysis , dam reservoir planning , drought , water resources management
عنوان لاتين
Risk analysis of Zayandehrud dam reservoir planning in drought conditions using Bayesian modeling
گروه آموزشي
مهندسي عمران
چكيده لاتين
Drought is one of the most complex natural hazards, and due to its gradual and multidimensional nature, its assessment and monitoring require a comprehensive and integrated approach. In this study, with the aim of monitoring multidimensional drought and evaluating water resources performance in the Zayandeh-Rud River Basin, drought conditions and their impacts on different components of water resources were investigated over the period 2000–2020. Focusing on the surface water and groundwater resources system associated with the Zayandeh-Rud Dam, this study attempts to explain the relationships among meteorological, hydrological, and groundwater droughts within an integrated analytical framework.
In this research, drought indices including SPI, SPEI, SRI, SGI, and SSI were calculated at 3- and 6-month time scales in order to assess different dimensions of drought within the basin’s water resources system. The SPI and SPEI indices were calculated based on precipitation data from 15 rain-gauge stations and temperature data from 3 synoptic stations located upstream of the Zayandeh-Rud Dam. Subsequently, Principal Component Analysis (PCA) was applied to extract an integrated drought index, resulting in the Multidimensional Drought Index (MDI). Furthermore, to investigate the dependence between drought severity and duration and water resources performance indicators, copula models and a Bayesian inference framework were employed. The statistical relationships among variables were also evaluated using Pearson and Spearman correlation coefficients.
The results indicated that drought indices at the 3-month time scale are more sensitive to short-term variations in the hydrological system, whereas the 6-month time scale better reflects more stable and long-term drought trends. The SPI index revealed short-term precipitation fluctuations, while the SPEI index indicated drought persistence under the combined effects of decreased precipitation and increased evapotranspiration. The SRI index represented a significant reduction in runoff and the intensification of hydrological drought in the final years of the study period. The SGI index also showed that the reduction in groundwater abstraction in some years was not necessarily due to improved water resources management, but rather resulted from groundwater level decline and the reduced exploitable capacity of aquifers. Moreover, the SSI index indicated a considerable decreasing trend in the storage of the Zayandeh-Rud Dam reservoir, reflecting the reduced regulatory capacity of the reservoir in recent years.
The analysis of drought event return periods showed that, at the 3-month time scale, the most severe drought event had a duration of 13 months and a severity of 23.5, with a return period of approximately 246.8 months, equivalent to 20.6 years, and was classified as a severe drought. At this time scale, events with a duration of 7 months and a severity of 8.2 had a return period of approximately 8.9 years, while events with lower severity exhibited return periods ranging from about 1.5 to 6.7 years. At the 6-month time scale, the most severe drought event had a duration of 14 months and a severity of 17.16, with a return period of approximately 858.6 months, equivalent to 71.6 years, and was classified as an exceptional drought. In addition, an event with a duration of 9 months and a severity of 11.9 had a return period of approximately 21.2 years and was categorized as a severe drought.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
160981
نويسنده