تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه : بخش دوم - برآورد میزان بارندگی و جریان‌های سطحی

تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه : بخش دوم - برآورد میزان بارندگی و جریان‌های سطحی

سعید فرخی، گروه کوانتس دانشگاه تهران

محمدباقر روشن، گروه کوانتس دانشگاه تهران

 

چکیده

دریاچه ارومیه به عنوان بزرگ‌ترین دریاچه داخلی کشور و دومین دریاچه بزرگ آب شور جهان، در سال‌های اخیر با خطر خشکی کامل روبرو شده است. احیای دریاچه ارومیه به توسعه مدل‌هایی جهت تحلیل بیلان آبی آن نیازمند می‌باشد. در این تحقیق با استفاده از داده‌هایایستگاه‌های باران سنجی و هیدرومتری وزارت نیرو، ورودی‌های آب دریاچه ارومیه به صورت مقادیر میانگین ماهیانه و سالیانه برآورد شده‌اند. در انتها ضمن ارائه مقادیر میانگین سالیانه و ماهیانه میزان بارندگی مستقیم بر روی دریاچه، الگوی تغییر ماهیانه جریان ورودی سطحی به آن نیز ارائه گردیده است.

واژگان کلیدی

 میانگین ماهیانه بارندگی، الگوی تغییرات ماهیانه جریان‌های سطحی، دریاچه ارومیه، بیلان آبی، ایستگاه هیدرومتری، ایستگاه باران سنجی، بارش مستقیم بر روی دریاچه، ورودی آب سطحی به دریاچه

 

1-    مقدمه

در مطالعات پیشین [1]، مقدار آب خروجی از دریاچه ارومیه  از طریق برآورد میانگین ماهیانه  تبخیر از سطح آن برآورد گردید. در ادامه با برآورد میانگین ماهیانهورودی‌های دریاچه، بیلان آبی دریاچه محاسبه می‌شود.استفاده از مقادیر میانگین ماهیانه پارامترهای ورودی و خروجی نسبت به مقادیر میانگین سالیانه، به توسعه مدل دقیق تری از بیلان آبی دریاچه منجر می‌شود.

 آب ورودی به دریاچه ارومیه به طور طبیعی از طریق بارندگی و رودخانه‌ها تأمین می‌شود. البته تخمین‌هایی نیز در خصوص ورود آب از منابع زیرزمینی به بستر دریاچه وجود دارد که به علت میزان بسیار کم (در حدود 42 میلیون مترمکعب در سال) [2]، از آن‌هاصرف‌نظرمی‌شود. لذا در این مقاله ورودی‌های آب به دریاچه ارومیه تنها بارندگی و جریان‌های سطحی درنظر گرفته می‌شود. در برآورد میزان ورودی‌های آب به دریاچه باید به دو نکته توجه داشت.

نکته اول این است که میزان بارندگی در یک منطقه به طور معمول با استفاده از ایستگاه‌های باران سنجی وزارت نیرو یا ایستگاه‌های هواشناسی اندازه‌گیریمی‌شود. در حوضه آبریز دریاچه ارومیه ایستگاه‌های باران سنجی و هواشناسی متعددی وجود دارد که از طریق آن‌ها، میانگین بارش ماهیانه و سالیانه در حوضه آبریزقابل محاسبه است که با میانگین بارش مستقیم ماهیانه و سالیانه بر روی دریاچه متفاوت است. در این مقاله هدف برآورد میزان بارشی است که مستقیماً بر روی دریاچه روی داده و در نتیجه مستقیماً حجم آن را افزایش می‌دهد. بدین منظور اطلاعات چند ایستگاه باران سنجی در نزدیکی دریاچهدر مناطقی که در مطالعات قبلی در برآورد میزان تبخیر مورد استفاده قرارگرفته‌اند [1] بررسی می‌شود. دلیل استفاده از ایستگاه‌هایواقع‌شده در یک منطقه جغرافیایی و اقلیمی در برآورد میزان بارش و تبخیر، ثابت نگه‌داشتن رژیم آب و هوایی در برآورد این دو پارامتر می‌باشد.

نکته‌ای که در برآورد میزان ورودی‌های آب سطحی به دریاچه مطرح می‌شود، به فعالیت‌های انسانی و تأثیر آن بر این پارامتر مرتبط است. بدین معنی که تغییرات میانگین ماهیانه و سالیانه جریان‌ها سطحی نه تنها به پدیده‌های جوی ازقبیل آب شدن برف‌ها، بارش‌های فصلی و سایر پدیده‌های طبیعی وابسته است، بلکه به ساخت و سازهای انسانی و دستکاری‌های وی در طبیعت مانند سدسازی، توسعه کشاورزی و صنعت، افزایش جمعیت و مصرف آب شرب و سایر عوامل انسانی بستگی دارد. از این رو با محاسبه میانگین ماهیانه و سالیانه جریان‌ها سطحی نمی‌توان مدل دقیقی از بیلان آبی توسعه داد. در نتیجه باید به دنبال یک ره حل جایگزین برای برآورد تغییرات ماهیانه جریان‌ها سطحی بود.

فعالیت‌های انسانی تأثیر مستقیمی بر روی تبخیر و بارندگی دریاچه ارومیه ندارند، لذا محاسبه میانگین ماهیانه و سالیانه آن‌ها برای تولید مدل بیلان آبی و ارزیابی سناریوهای آبرسانی کفایت می‌کند. اما در مورد جریان‌ها سطحی باید الگوی تغییرات ماهیانه را به صورت نرمال شده (به گونه‌ای که مجموع ضرایب کلیه ماه‌ها برابر با یک شود) به دست آورد. سپس با تخمین جریان سطحی قابل تأمین در طول سال‌های مختلف، ابتدا تغییرات ماهیانه آن را در طول یک سال محاسبه نموده و سپس با در نظر گرفتن سار پارامترهای ورودی و خروجی، سناریوهای آب رسانی را ارزیابی نمود.

در ادامه این مقاله مقادیر پارامترهای ورودی آب به دریاچه شامل میانگین ماهیانه بارندگی مستقیم بر روی آن و الگوی تغییرات ماهیانه جریان‌ها سطحی (آب ورودی سطحی به دریاچه) ارزیابی می‌شود.

 

2-   مواد و روش‌ها

2-1 برآورد میانگین ماهیانه  بارش مستقیم بر روی دریاچه در طول یک سال

میانگین ماهیانه بارش مستقیم بر روی دریاچه ارومیه با استفاده از داده‌های تعدادی از ایستگاه‌های باران سنجی منتخب برآورد می‌شود. داده‌های این ایستگاه‌ها از شرکت مدیریت منابع آب ایران تهیه گردیده و پس از بررسی‌های اولیه تعدادی از آن‌ها که طول دوره دادهبرداری مناسب و نقص کمتری در اطلاعات بارش و تبخیر داشته‌اند، به عنوان مورد مطالعات انتخاب گردیده‌اند.

همان‌گونه که بیان گردید ایستگاه‌های منتخب(که در برآورد میزان تبخیر دریاچه نیز به کار گرفته‌شده‌اند)، در فاصله‌ای کمتر از 25 کیلومتری دریاچه واقع‌شده و قسمت عمده سطح دریاچه را پوشش داده‌اند. لذا می‌توان میانگین میزان بارش ماهیانه و سالیانه کلیه آن‌ها را با تقریب خوبی به میانگین ماهیانه و سالیانه بارش مستقیم بر روی دریاچه نسبت داد. با توجه به وجود نقص در داده‌های برخی از ایستگاه‌ها، داده‌های 9 عدد از آن‌ها که در بازه سال‌های 75-90 از کیفیت مناسبی برخوردار بودند در محاسبات به کار گرفته‌شده‌اند.  در شکل1 محل قرارگیری این ایستگاه‌ها و در جدول1 مشخصات و فاصله آن‌ها از دریاچه  نمایش داده شده است.

 

شکل1 – محل قرارگیری 9 ایستگاه انتخاب‌شده نسبت به دریاچه ارومیه

 

 

همان‌گونه که از شکل1 و جدول1 مشاهده می‌شود، میانگین فاصلهایستگاه‌ها از دریاچه برابر با 6/14 کیلومتر بوده و غیر از بخش شرقی دریاچه سایر بخش‌ها توسط آن‌ها پوشش داده شده است.

 

2-2    برآورد الگوی تغییرات میانگین ماهیانه جریان‌ها سطحی در طول یک سال

در این بخش داده‌های آخرین ایستگاه‌های هیدرومتری واقع بر رودخانه‌های منتهی به دریاچه ارومیه بررسی و تحلیل می‌شود. این داده‌ها نیز همانند داده‌های تبخیر و بارش از طریق شرکت مدیریت منابع آب ایران تهیه گردیده است.

ایستگاه‌های هیدرومتری داده‌های جریان سطحی را در محل نصب ایستگاه اندازه‌گیریمی‌نمایند. با توجه به اینکه این ایستگاه‌ها از دریاچه فاصله دارند، جریان آب تا رسیدن به دریاچه و اضافه شدن به بدنه آبی آن تحت تأثیر عواملی مانند تبخیر و استفاده‌های کشاورزی کمتر از میزان اندازه‌گیری شده خواهد بود. در نتیجه داده‌هایایستگاه‌های هیدرومتری عدد دقیق آب ورودی به دریاچه را به دست نمی‌دهد.

علاوه بر ابن همان‌گونه که اشاره شد تغییرات میزان آب ورودی به دریاچه وابستگی زیادی به فعالیت‌های انسانی دارد. به همین دلیل استفاده از مقادیر میانگین ماهیانه جریان‌های آب سطحی در مدل بیلان آبی منجر به نتایج دقیقی نمی‌شود.

برای حل این مشکل، ابتدا با نرمال نمودن مقادیر میانگین ماهیانه جریان‌های سطحی به گونه‌ای که مجموع کلیه آن‌ها در  طول یک سال برابر با یک شود، الگوی تغییرات ماهیانه این جریان‌ها محاسبه می‌شود. در پایان با برآورد میزان کل آب سطحی ورودی به دریاچه و ضرب آن در مقادیر نرمال محاسبه شده، می‌توان مقادیر دقیق میانگین ماهیانه جریان‌های سطحی محاسبه نموده و در مدل بیلان آبی و سناریوهای آب‌رسانی به کار برد.

داده‌های 18 ایستگاه هیدرومتری (که آخرین ایستگاه موجود بر روی هر رودخانه است) بررسی شده و میانگین ماهیانه داده‌هایآن‌ها در خلال سال‌های 1344 تا 1390 محاسبه گردیده است. سپس داده‌هایهر سال بااستفاده مجموع داده‌های همان سال نرمال گردیده‌اند. اکنون الگوی تغییرات ماهیانه جریان سطحی برای هر سال محاسبه شده است. با میانگین‌گیری از مقادیر نرمال شده ماهیانهدر طول دوره داده برداری (1344 تا 1390) الگوی کلی تغییرات ماهیانه جریان‌ها سطحی حاصل می‌شود.

3-  بحث و نتیجه‌گیری

مقادیر میانگین ماهیانه بارندگی در 9 ایستگاه منتخب مندرج در جدول1 نمایش داده شده است. در جدول2 مقادیر میانگین ماهیانه کل دوره داده برداری (از سال 1375 تا 1390) نیز محاسبه گردیده است.

 

آن گونه که از جدول2 پیداست مقدار میانگین سالیانه بارندگی ایستگاه‌های منتخب برابر با 7/259 میلی‌متر است. با توجه به دلایل ذکر شده در بخش‌های قبل، این عدد به عنوان میانگین سالیانه بارش مستقیم بر روی دریاچه ارومیه در نظر گرفته می‌شود. به همین ترتیب در مورد مقادیر میانگین ماهیانه بارندگی نیز قاعده مشابهی برقرار است. درشکل2 روند تغییر مقدار میانگین سالیانه بارش مستقیم بر روی دریاچه در طول دوره 1375 تا 1390 و در شکل3 روند تغییر مقادیر میانگین ماهیانه بارش مستقیم بر روی دریاچه در طول یک سال به تصویر کشیده شده است.

 

 

با مشاهده شکل2 مشخص می‌شود که درعین‌حال که میانگین بارش در سال‌های مختلف تغییرات زیادی دارد، اما میانگین کل با میانگین 11 سال اول و میانگین 5 سال اخیر تفاوت چندانی ندارد. میانگین 11 سال اول (1375 تا 1385) برابر با 258 میلی‌متر و میانگین 5 سال اخیر (1386 تا 1390) برابر با 4/263 میلی‌مترمی‌باشد. لذا می‌توان در طول 16 سال اخیر مقدار میانگین بارندگی تغییر چشمگیری نداشته است. لذا تغییر بارندگی نمی‌تواند تأثیر زیادی بر روند کاهش تراز دریاچه ارومیه در سال‌های اخیر داشته باشد و باید به دنبال عوامل مؤثر دیگری بود که در اهداف این مقاله قرار ندارد.

داده‌هایجریان سطحیِ آخرین ایستگاه‌های هیدرومتری بررسی شده و با روش بیان‌شده در بخش قبلی نرمال گردیده‌اند. در ادامه میانگین این مقادیر نرمال در طول دوره داده برداری محاسبه شده و به عنوان الگوی تغییر ماهیانه جریان سطحی دریاچه ارومیه در نظر گرفته شده است. در جدول3 مقادیر نرمال میانگین داده‌های ماهیانه و میانگین کلی آن‌ها و در شکل3 روند تغییر مقادیر نرمال ماهیانه در سال‌های مختلف در کنار الگوی تغییر ماهیانه جریان سطحی دریاچه به تصویر کشیده شده است.

 

 

 

شکل3- الگوی تغییر مقادیر میانگین ماهیانه جریان سطحی در طول سال‌های 1344 تا 1390 در کنار الگوی کلی تغییر مقادیر میانگین ماهیانه

با توجه به جدول3 و شکل3 الگوی کلی تغییر میانگین ماهیانه جریان سطحی ورودی به دریاچه ارومیه به شرح جدول4 ارائه می‌گردد :

 

 

 

4-   جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

برآورد میزان بارش و جریان سطحی به صورت مقادیرمیانگین‌های سالیانه و ماهیانه،مقادیر ورودی مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه را تأمین می‌نماید. استفاده از مقادیر میانگین ماهیانه منجر به توسعه مدلی دقیق و کاربردی از بیلان آبیمی‌شود که از طریق آن می‌توان سناریوهای آب رسانی را با استفاده از معیاری دقیق ارزیابی نمود.

با توجه به تأثیر زیاد عوامل انسانی بر میزان جریان ورودی سطحی بر دریاچه ارومیه و در نتیجه تغییر کاتوره‌ای آن با توجه به میزان اثرگذاری فعالیت‌های انسانی، باید به دنبال روشی بود که تا حد ممکن تأثیرگذاری این عوامل را کاهش داد. بدین منظور به جای استفاده از مقادیر میانگین ماهیانه جریان‌های سطحی، مقادیر میانگین ماهیانه به صورت نرمال شده مورد استفاده قرار گرفته است. با این روش یک الگوی کلی برای تغییرات جریان ورودی سطحی به صورت ماهیانه به دست آمده است. اکنون می‌توان با در نظر گرفتن یک مقدار کلی سالیانه برای جریان ورودی سطحی با در نظر گرفتن میزان جریان قابل تأمین از درون حوضه آبریز و میزان جریان قابل انتقالِ بین حوضه‌ای، مقادیر میانگین ماهیانه جریان سطحی را برآورد نمود.

در این مطالعه، مقدار میانگین سالیانه بارش برابر با 7/259 میلی‌متر برآورد شده و الگوی تغییر ماهیانه جریان ورودی سطحی به دریاچه ارومیه نیز محاسبه گردیده است.

 

5- منابع و مأخذ

[1]. فرخی سعید، روشن محمدباقر. تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه : بخش اول – برآورد میزان تبخیر. گروه کوانتس دانشگاه تهران.1393.

[2]. هاشمی سید مختار. گزارش هم  نهاد مروری بر وضعیت منابع آب حوضه آبریز دریاچه ارومیه. طرح حفاظت از تالاب‌های ایران. 1387.