پاییز و زمستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
2- تربیت مدرس
2- تربیت مدرس
چکیده: (41 مشاهده)
مقدمه و هدف: مدیریت آب در ایران به دلیل کمبود منابع و افزایش جمعیت حیاتی است. رواناب شهری، منبع آبی جایگزین و کمتر استفاده شده، می‌تواند با افزایش سطوح نفوذناپذیر شهری به سیلاب تبدیل شود. استفاده از آب‌بندان‌ها برای ذخیره این رواناب و تأمین نیاز آبی، به‌ویژه برای فضای سبز، راهکاری مؤثر است. این مطالعه با هدف ارزیابی پتانسیل استحصال رواناب در شهر محمودآباد مازندران و امکان‌سنجی استفاده از آب‌بندان‌های موجود، به مکانیابی بهینه مخازن ذخیره با استفاده از مدل SWMM و روش AHP پرداخته است.
مواد و روشها: منطقه مورد مطالعه در این پژوهش، شهر محمودآباد در استان مازندران با مساحت حدود ۵۱۰ کیلومتر مربع است. این شهر به دلیل موقعیت جغرافیایی و میزان بارندگی سالانه (حدود ۱۰۰۰ میلی‌متر) ، پتانسیل مناسبی برای استحصال رواناب دارد. افزایش جمعیت و به تبع آن افزایش مصرف آب در این منطقه، ضرورت استفاده از منابع آبی جایگزین را دوچندان کرده است. دو آب‌بندان اصلی به نام‌های قلابن و کربلایی میرزاعلی با مساحت ۱۲ و ۱۱ هکتار در محدوده مطالعاتی وجود دارند که اراضی کشاورزی تحت پوشش آن‌ها عمدتاً شالیزار است. برای دستیابی به اهداف پژوهش، یک رویکرد چهار مرحله‌ای شامل شبیه‌سازی وضعیت موجود با مدل SWMM، بازسازی و بهسازی آب‌بندان‌های موجود، بررسی شرایط پس از بهسازی و مکانیابی حوضچه‌های جدید با استفاده از روش AHP در صورت لزوم، در نظر گرفته شد. در ابتدا، حوزه آبخیز شهری محمودآباد به ۵ واحد هیدرولوژیک شهری و ۲ واحد مربوط به اراضی کشاورزی آب‌بندان‌ها تقسیم شد. پارامترهای مورد نیاز مدل SWMM شامل کاربری اراضی، شیب، درصد نفوذناپذیری و مشخصات شبکه زهکشی برای هر زیرحوضه با استفاده از نرم‌افزارهای GIS و داده‌های میدانی تعیین گردید. مدل SWMM با استفاده از داده‌های بارندگی ارزیابی شد. برای طراحی بارش ورودی به مدل، از منحنی‌های شدت-مدت-دوره بازگشت منطقه استفاده گردید. به منظور برآورد رواناب قابل استحصال، شبیه‌سازی‌ها برای دوره‌های بازگشت ۲، ۵، ۱۰، ۲۵ و ۵۰ ساله انجام شد. برای رعایت ملاحظات زیست‌محیطی، جریان زیست‌محیطی معادل جریان قبل از توسعه شهری از رواناب کل کسر گردید. برای محاسبه نیاز آبی فضای سبز و اراضی کشاورزی، از روش پنمن-مونتیس فائو و نرم‌افزار Cropwat 8.0 استفاده شد. نیاز آبی برنج در اراضی آبخور آب‌بندان‌ها و نیاز آبی فضای سبز در واحدهای هیدرولوژیک شهری محاسبه گردید. در بخش مکانیابی، از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده شد. ساختار سلسله مراتبی شامل هدف (تعیین مکان‌های مناسب برای ذخیره رواناب)، معیارها (کاربری اراضی، میزان بارندگی، حجم رواناب تولیدی، تقاضای آب برای آبیاری فضای سبز، وضعیت شبکه زهکشی، شیب زمین، تقاضای آب، نسبت رواناب به تقاضا، فاصله مکانی بین منبع تامین رواناب و محل مصرف) و گزینه‌ها (مکان‌های بالقوه ذخیره رواناب) تشکیل شد. مقایسات زوجی معیارها با استفاده از مقیاس ۹ درجه‌ای ساعتی انجام شد و وزن نهایی معیارها با استفاده از روش میانگین هندسی نرمال شده محاسبه گردید. سازگاری ماتریس مقایسات زوجی با محاسبه ضریب سازگاری (CR) بررسی شد. در نهایت، سطوح برازندگی برای طبقات مختلف هر معیار تعیین و گزینه‌ها بر اساس امتیاز نهایی رتبه‌بندی شدند.
یافته‌ها: شبیه‌سازی هیدرولوژیک حوضه با استفاده از مدل SWMM نشان داد که حجم کل رواناب تولید شده در شهر محمودآباد به حدود ۱,۱۸۲,۶۰۶ متر مکعب می‌رسد. با اعمال ضوابط زیست‌محیطی و کسر رواناب زیست‌محیطی، حجم قابل استحصال و قابل مدیریت برای اهداف مختلف به ۷۱۳,۳۳۷ متر مکعب تقلیل یافت. به دلیل نبود داده‌های مشاهده‌ای، امکان واسنجی مدل وجود نداشت. به منظور ارزیابی عملکرد مدل، نتایج SWMM با نتایج حاصل از مدل HEC-HMS مقایسه شد. شاخص‌های RE و RMSE صرفاً برای سنجش میزان اختلاف خروجی دو مدل مورد استفاده قرار گرفتند و نتایج بیانگر همخوانی مناسب بین پاسخ‌های هیدرولوژیکی دو مدل است. ارزیابی وضعیت موجود آب‌بندان‌های حوضه (قلابن و کربلایی میرزاعلی) حاکی از آن است که ظرفیت ذخیره فعلی آن‌ها برای مهار حجم قابل توجهی از رواناب مولد ناکافی است. با این حال، نتایج سناریوی بهسازی نشان داد که با افزایش عمق این آب‌بندان‌ها به حداقل ۴ متر، ظرفیت ذخیره‌سازی به ترتیب به ۲۲۸,۰۰۰ و ۴۸۴,۰۰۰ متر مکعب قابل افزایش است (جدول ۴ و شکل ۶). این افزایش ظرفیت علاوه بر تأمین بخشی از نیاز آبی، نقش مهمی در کنترل سیلاب ایفا می‌کند؛ به طوری که منجر به کاهش دبی اوج، تأخیر در زمان رسیدن به اوج و تسطیح هیدروگراف خروجی خواهد شد. در ادامه، نیاز آبی مصارف مختلف بررسی شد. نیاز آبی سالانه برنج در اراضی پایین‌دست حدود ۱۲۲۷ میلی‌متر در هکتار برآورد شد. تحلیل توازن آب نشان داد که با استحصال رواناب شهری، می‌توان حدود ۲۰ درصد از نیاز آبی فضای سبز شهر محمودآباد را تأمین نمود که این امر در کاهش فشار بر منابع آب زیرزمینی بسیار حائز اهمیت است.در نهایت، برای مکانیابی مناسب‌ترین سایت‌های ذخیره‌سازی، از روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) استفاده شد. نتایج وزن‌دهی معیارها نشان داد که معیارهای «میزان بارندگی» با وزن ۰.۳۰۷۴ و «حجم رواناب تولیدی» با وزن ۰.۲۰۵۶ بیشترین تأثیر را در انتخاب مکان دارند. این امر نشان می‌دهد که اولویت اصلی سیستم، استحصال حداکثری آب است. همچنین تحلیل لایه‌ها بیانگر آن بود که مناطقی با شیب کم، نفوذپذیری پایین و شبکه زهکشی مناسب، برازندگی بیشتری دارند. بر این اساس، از بین ۸ گره (Node) بررسی شده در شبکه، ۲ گره که در مناطقی با بالاترین پتانسیل تولید رواناب و نیاز آبی قرار داشتند، به عنوان مکان‌های بهینه برای احداث مخازن ذخیره رواناب انتخاب شدند.
نتیجهگیری: نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که با استفاده از تلفیق مدل SWMM و فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)، می‌توان پتانسیل استحصال رواناب شهری در محمودآباد را به‌طور دقیق ارزیابی کرد. بررسی‌ها حاکی از آن است که حجم قابل‌توجهی از رواناب (حدود ۷۱۳,۳۳۷ متر مکعب) قابلیت ذخیره‌سازی و استفاده مجدد دارد. بر اساس یافته‌ها، آب‌بندان‌های «قلابن» و «کربلایی میرزاعلی» به دلیل موقعیت مکانی مناسب و ظرفیت بالا، به‌عنوان مناسب‌ترین سایت‌ها برای توسعه مخازن ذخیره شناسایی شدند. اجرای طرح‌های بهسازی در این سایت‌ها می‌تواند تا ۲۰ درصد از نیاز آبی فضای سبز شهر را تأمین کرده و با کاهش برداشت از منابع زیرزمینی، به تعادل هیدرولوژیکی منطقه کمک شایانی نماید. بنابراین، پیشنهاد می‌شود شهرداری محمودآباد با اولویت‌بندی این دو سایت، اقدام به اجرای طرح‌های مدیریتی جهت استفاده پایدار از رواناب‌ها نماید.
مواد و روشها: منطقه مورد مطالعه در این پژوهش، شهر محمودآباد در استان مازندران با مساحت حدود ۵۱۰ کیلومتر مربع است. این شهر به دلیل موقعیت جغرافیایی و میزان بارندگی سالانه (حدود ۱۰۰۰ میلی‌متر) ، پتانسیل مناسبی برای استحصال رواناب دارد. افزایش جمعیت و به تبع آن افزایش مصرف آب در این منطقه، ضرورت استفاده از منابع آبی جایگزین را دوچندان کرده است. دو آب‌بندان اصلی به نام‌های قلابن و کربلایی میرزاعلی با مساحت ۱۲ و ۱۱ هکتار در محدوده مطالعاتی وجود دارند که اراضی کشاورزی تحت پوشش آن‌ها عمدتاً شالیزار است. برای دستیابی به اهداف پژوهش، یک رویکرد چهار مرحله‌ای شامل شبیه‌سازی وضعیت موجود با مدل SWMM، بازسازی و بهسازی آب‌بندان‌های موجود، بررسی شرایط پس از بهسازی و مکانیابی حوضچه‌های جدید با استفاده از روش AHP در صورت لزوم، در نظر گرفته شد. در ابتدا، حوزه آبخیز شهری محمودآباد به ۵ واحد هیدرولوژیک شهری و ۲ واحد مربوط به اراضی کشاورزی آب‌بندان‌ها تقسیم شد. پارامترهای مورد نیاز مدل SWMM شامل کاربری اراضی، شیب، درصد نفوذناپذیری و مشخصات شبکه زهکشی برای هر زیرحوضه با استفاده از نرم‌افزارهای GIS و داده‌های میدانی تعیین گردید. مدل SWMM با استفاده از داده‌های بارندگی ارزیابی شد. برای طراحی بارش ورودی به مدل، از منحنی‌های شدت-مدت-دوره بازگشت منطقه استفاده گردید. به منظور برآورد رواناب قابل استحصال، شبیه‌سازی‌ها برای دوره‌های بازگشت ۲، ۵، ۱۰، ۲۵ و ۵۰ ساله انجام شد. برای رعایت ملاحظات زیست‌محیطی، جریان زیست‌محیطی معادل جریان قبل از توسعه شهری از رواناب کل کسر گردید. برای محاسبه نیاز آبی فضای سبز و اراضی کشاورزی، از روش پنمن-مونتیس فائو و نرم‌افزار Cropwat 8.0 استفاده شد. نیاز آبی برنج در اراضی آبخور آب‌بندان‌ها و نیاز آبی فضای سبز در واحدهای هیدرولوژیک شهری محاسبه گردید. در بخش مکانیابی، از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده شد. ساختار سلسله مراتبی شامل هدف (تعیین مکان‌های مناسب برای ذخیره رواناب)، معیارها (کاربری اراضی، میزان بارندگی، حجم رواناب تولیدی، تقاضای آب برای آبیاری فضای سبز، وضعیت شبکه زهکشی، شیب زمین، تقاضای آب، نسبت رواناب به تقاضا، فاصله مکانی بین منبع تامین رواناب و محل مصرف) و گزینه‌ها (مکان‌های بالقوه ذخیره رواناب) تشکیل شد. مقایسات زوجی معیارها با استفاده از مقیاس ۹ درجه‌ای ساعتی انجام شد و وزن نهایی معیارها با استفاده از روش میانگین هندسی نرمال شده محاسبه گردید. سازگاری ماتریس مقایسات زوجی با محاسبه ضریب سازگاری (CR) بررسی شد. در نهایت، سطوح برازندگی برای طبقات مختلف هر معیار تعیین و گزینه‌ها بر اساس امتیاز نهایی رتبه‌بندی شدند.
یافته‌ها: شبیه‌سازی هیدرولوژیک حوضه با استفاده از مدل SWMM نشان داد که حجم کل رواناب تولید شده در شهر محمودآباد به حدود ۱,۱۸۲,۶۰۶ متر مکعب می‌رسد. با اعمال ضوابط زیست‌محیطی و کسر رواناب زیست‌محیطی، حجم قابل استحصال و قابل مدیریت برای اهداف مختلف به ۷۱۳,۳۳۷ متر مکعب تقلیل یافت. به دلیل نبود داده‌های مشاهده‌ای، امکان واسنجی مدل وجود نداشت. به منظور ارزیابی عملکرد مدل، نتایج SWMM با نتایج حاصل از مدل HEC-HMS مقایسه شد. شاخص‌های RE و RMSE صرفاً برای سنجش میزان اختلاف خروجی دو مدل مورد استفاده قرار گرفتند و نتایج بیانگر همخوانی مناسب بین پاسخ‌های هیدرولوژیکی دو مدل است. ارزیابی وضعیت موجود آب‌بندان‌های حوضه (قلابن و کربلایی میرزاعلی) حاکی از آن است که ظرفیت ذخیره فعلی آن‌ها برای مهار حجم قابل توجهی از رواناب مولد ناکافی است. با این حال، نتایج سناریوی بهسازی نشان داد که با افزایش عمق این آب‌بندان‌ها به حداقل ۴ متر، ظرفیت ذخیره‌سازی به ترتیب به ۲۲۸,۰۰۰ و ۴۸۴,۰۰۰ متر مکعب قابل افزایش است (جدول ۴ و شکل ۶). این افزایش ظرفیت علاوه بر تأمین بخشی از نیاز آبی، نقش مهمی در کنترل سیلاب ایفا می‌کند؛ به طوری که منجر به کاهش دبی اوج، تأخیر در زمان رسیدن به اوج و تسطیح هیدروگراف خروجی خواهد شد. در ادامه، نیاز آبی مصارف مختلف بررسی شد. نیاز آبی سالانه برنج در اراضی پایین‌دست حدود ۱۲۲۷ میلی‌متر در هکتار برآورد شد. تحلیل توازن آب نشان داد که با استحصال رواناب شهری، می‌توان حدود ۲۰ درصد از نیاز آبی فضای سبز شهر محمودآباد را تأمین نمود که این امر در کاهش فشار بر منابع آب زیرزمینی بسیار حائز اهمیت است.در نهایت، برای مکانیابی مناسب‌ترین سایت‌های ذخیره‌سازی، از روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) استفاده شد. نتایج وزن‌دهی معیارها نشان داد که معیارهای «میزان بارندگی» با وزن ۰.۳۰۷۴ و «حجم رواناب تولیدی» با وزن ۰.۲۰۵۶ بیشترین تأثیر را در انتخاب مکان دارند. این امر نشان می‌دهد که اولویت اصلی سیستم، استحصال حداکثری آب است. همچنین تحلیل لایه‌ها بیانگر آن بود که مناطقی با شیب کم، نفوذپذیری پایین و شبکه زهکشی مناسب، برازندگی بیشتری دارند. بر این اساس، از بین ۸ گره (Node) بررسی شده در شبکه، ۲ گره که در مناطقی با بالاترین پتانسیل تولید رواناب و نیاز آبی قرار داشتند، به عنوان مکان‌های بهینه برای احداث مخازن ذخیره رواناب انتخاب شدند.
نتیجهگیری: نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که با استفاده از تلفیق مدل SWMM و فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)، می‌توان پتانسیل استحصال رواناب شهری در محمودآباد را به‌طور دقیق ارزیابی کرد. بررسی‌ها حاکی از آن است که حجم قابل‌توجهی از رواناب (حدود ۷۱۳,۳۳۷ متر مکعب) قابلیت ذخیره‌سازی و استفاده مجدد دارد. بر اساس یافته‌ها، آب‌بندان‌های «قلابن» و «کربلایی میرزاعلی» به دلیل موقعیت مکانی مناسب و ظرفیت بالا، به‌عنوان مناسب‌ترین سایت‌ها برای توسعه مخازن ذخیره شناسایی شدند. اجرای طرح‌های بهسازی در این سایت‌ها می‌تواند تا ۲۰ درصد از نیاز آبی فضای سبز شهر را تأمین کرده و با کاهش برداشت از منابع زیرزمینی، به تعادل هیدرولوژیکی منطقه کمک شایانی نماید. بنابراین، پیشنهاد می‌شود شهرداری محمودآباد با اولویت‌بندی این دو سایت، اقدام به اجرای طرح‌های مدیریتی جهت استفاده پایدار از رواناب‌ها نماید.
واژه‌های کلیدی: آب، رواناب ، مدل SWMM ، فضای سبز
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
