كاربرد رويكردهاي شبيه سازي- بهينه سازي جهت ارزيابي گزينه هاي مختلف اقليمي و مديريتي در يك سامانه منابع آب

Application of Simulation-Optimization Approaches to Assess the Effect of Climate and Management Scenarios on a Water Resource System

تخصيص بهينه منابع آب جهت مديريت عرضه و تقاضا و بررسي تاثير پديده تغيير اقليم بر سامانه هاي آبي امري ضروريست. هدف تحقيق، شبيه-سازي و بهينه سازي مولفه هاي سامانه آبي اهرچاي تحت شرايط تغيير اقليم و ارزيابي سناريوهاي مختلف اقليمي و مديريتي جهت تصميم گيري است. ابتدا اثر تغيير اقليم بر متغيرهاي هواشناسي با مدل هاي گردش عمومي جو (GCMs) تحت سناريوهاي A1B، A2 و B1 بررسي مي گردد. نتايج اين مدل تحت سناريوهاي نامبرده براي سال هاي 2030-2011 حاكي از كاهش بارندگي و افزايش دما مي باشد. براي برآورد جريان ورودي به مخزن طي سال هاي 2025-2015 از مدل شبيه ساز بارش-رواناب HACRES استفاده گرديدكه با داشتن R2 و RMSE برابر با 0/65 و 1/12 در مرحله واسنجي و 0/56 و 1/4 براي صحت سنجي، عملكرد قابل قبولي داشته اند. براي تخمين نياز آبي محصولات در دوره تغيير اقليم از مدل CropWat استفاده شد. براي اعمال مديريت تقاضاي كشاورزي، تخصيص بهينه منابع آب و خاك با زير مدلهايي از نوع برنامه ريزي خطي و غير خطي (LP, NLP) به نحوي انجام شد كه مراحل رشد گياهان و حساسيت آنا به تنش هاي آبي لحاظ شود. تغييرات بيلان آبي مخزن جهت تخصيص در گره هاي مصرف با مدل WEAP، بررسي شد. براي شناسايي آثار تغيير اقليم و پاسخ سيستم به تغييرات عرضه و تقاضا، سناريوهاي گوناگون اقليمي و مديريتي تعريف گرديد، با اعمال وزن هاي حاصل از مدل AHP و مقادير شاخص پايداري براي سناريوها، استفاده از سطوح كشت بهينه، روش آبياري نوين و كاهش مصرف سرانه شرب به عنوان بهترين گزينه مديريتي معرفي شد كه بيشترين مقدار اعتمادپذيري كمي و زماني را بهمراه داشت.

Optimal allocation of water resources for supply and demand management with respect to effects of the climate change on water systems is essential. The purpose of this study is to simulate and optimize various components of Aharchay water system under the climate change conditions and to evaluate different climate and management scenarios.The effect of climate change on weather variables is investigated using the outputs of GCMs under A1B, A2 and B1 scenarios. For the period of 2011-2030 in the study area results showed a decrease in rainfall and an increase in minimum and maximum temperatures. For estimation of the inflow to Sattarkhan dam reservoir during the priod of 2015-2025, the IHACRES model is used. Results for R2 and RMSE criteria were obtained respectively as 0.65 and 1.21 for the calibration stage and 0.56 and 1.4 for the validation stage. Moreover, to estimate the water requirement under the climate change condition, evapotranspiration (ET) are calculated by CropWat model. For demand management in agricultural sector, optimization of soil and water allocation is carried out through linear and nonlinear programming models (LP, NLP) considering plants’ growth stage and its sensitivity to water stress. Water balance in the reservoir was simulated by WEAP under climate change scenarios aiming at allocating water to demand nodes. Considering the climate and management scenarios, the best option is then identified by AHP and the associated weights are calculated. Resalts demonstrated the use of optimal cultivating levels, new irrigation method and reducing per capita of the drinking water was selected as the best management scenario with the highest values of temporal and spatial reliability.