شبیه سازی ماهانه برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه با در نظر گرفتن برخی احتمالات

شبیه سازی ماهانه برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه با در نظر گرفتن برخی احتمالات

سعید فرخی- گروه کوانتس دانشگاه تهرات

محمد باقر روشن - گروه کوانتس دانشگاه تهران 

چکیده

ستاد احیای دریاچه ارومیه با هدف، یافتن راهکار مناسب جهت بازسازی بدنه بیولوژیکی دریاچه ارومیه از ابتدای سال 1393 رسماً فعالیت خود را آغاز نمود و در مدت 3 ماهه اول فعالیت خود، برنامه‌ای زمان بندی شده به عنوان طرح احیای دریاچه را ارائه نمود. در این برنامه انتقال آب از ارس و زاب و صرفه جویی در مصرف آب کشاورزی حوضه آبریز و همچنین رها سازی آب از سد بوکان به عنوان منابع تأمین آب اضافی جهت احیای دریاچه در نظر گرفته شده است. و پیش بینی نموده که در یک بازه زمانی 10 ساله تراز آب دریاچه ارومیه به 1274/1 متر یا همان تراز بیولوژیک خواهد رسید. اما با توجه به اینکه هر استراتژی با خطر مواجهه با مشکلات پیش بینی نشده روبرو است و سابقه این گونه موارد نیز در ایران در هر پروژه‌ای می‌توان مشاهده نمود بنابراین لازم است که این گونه عدم قطعیت‌ها در نظر گرفته شده و ریسک استراتژی تدوین شده به دقت محاسبه شود.

واژگان کلیدی

 ستاد احیای دریاچه ارومیه، سناریو آب رسانی، آنالیز ریسک، عدم قطعیت، تراز اکولوژیک، مدل سه بعدی، بیلان آبی

1-    مقدمه

دریاچه ارومیه با وسعت متجاوز از 5000 کیلومتر مربع، یک دریاچه آب شور است که با حوضه آبریزی به وسعت 52000 کیلومتر مربع، به عنوان بزرگ‌ترین دریاچه داخلی ایران محسوب می‌شود[1]. این دریاچه به عنوان دومین دریاچه بزرگ آب شور جهان بین استان‌های آذربایجان شرقی و غربی قرار گرفته است.

در سال‌های اخیر تغییرات اقلیمی در حوضه آبریز دریاچه ارومیه در کنار فعالیت‌های انسانی از قبیل استفاده بی رویه از منابع آب زیرزمینی و ساخت سدهای متعدد بر روی رودخانه‌ها، موجب کاهش سطح تراز آن شده است. روند کاهش سطح تراز دریاچه ارومیه به حدی است که بی توجهی به آن می‌تواند به خشک شدن دریاچه و ایجاد مشکلات عدیده زیست محیطی از قبیل طوفان نمک، تشدید تغییرات اقلیمی و...در چند استان کشور منجر شود. از این رو طرح‌هایی در زمینه مدیریت منابع آب حوضه آبریز دریاچه ارومیه در کنار پروژه‌های آب رسانی به آن با هدف احیای دریاچه ارومیه، به موضوع مطالعه نهادهای مسئول تبدیل شده است.

مطالعه و ارزیابی طرح‌های فوق‌الذکر مستلزم مدل سازی دقیق بیلان آبی دریاچه و سناریوهای آب رسانی به آن است. از این رو گروه کوانتس دانشگاه تهران مجموعه مطالعاتی را در راستای توسعه مدلی جهت ارزیابی سناریوهای آب رسانی به دریاچه ارومیه در دستور کار خود قرار داده است.

در این مجموعه مطالعات، ضمن توسعه مدلی جهت تحلیل بیلان آب دریاچه ارومیه، سناریوهای مختلف آب رسانی جهت احیای آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور در مرحله اولِ مطالعات فوق‌الذکر، ابتدا مدلی جهت تحلیل بیلان آب دریاچه ارائه می‌شود که بتوان آن را در ارزیابی سناریوهای مختلف آب رسانی به کار گرفت. توسعه مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه از طریق تحلیل تعادل آبی آن حاصل می‌شود که خود شامل در نظر گرفتن کلیه جریان‌های ورودی و خروجی به بدنه آبی دریاچه و محاسبه تغییرات میزان ذخیره آب آن می‌باشد[1].داده‌های مورد نیاز برای توسعه مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه به شرح زیر می‌باشند:

1-    داده‌های عمق نگاری[1]و داده‌های تغییرات سطح تراز دریاچه ارومیه در سال‌های گذشته جهت انجام محاسبات مربوط به حجم آب  دریاچه و مساحت آن

2-    داده‌های مربوط به تغییرات ورودی‌های آب به دریاچه شامل بارش و آب‌های سطحی و خروجی‌های آن مانند تبخیر در سال‌های مختلف

داده‌های عمق نگاری دریاچه از طریق موسسه تحقیقات آب و داده‌های مربوط به بارش، تبخیر و جریان سطحی از دفتر مطالعات پایه منابع آب وابسته به شرکت مدیریت منابع آب ایران به منظور استفاده در مطالعات فوق‌الذکر تهیه گردیده است. در این شکل1 مدل سه بعدی دریاچه ارومیه که با استفاده از داده‌های عمق نگاری تهیه شده به نمایش درآمده است. در این مقاله با استفاده از داده‌های یادشده و توسعه مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه، سناریوهای آب رسانی در نظر گرفته شده توسط ستاد احیای دریاچه ارومیه مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

 

شکل1 – مدل سه بعدی دریاچه ارومیه با استفاده از داده‌های عمق نگاری

بر اساس برنامه زمان بندی ستاد احیای دریاچه ارومیه[2] ، در طی یک برنامه ده ساله (1393 تا 1402) فرآیند احیای دریاچه به پایان رسیده و این دریاچه در تراز اکولوژیک خود برابر با 1/1274 متر [2] قرار خواهد گرفت. بدین منظور تأمین آب ورودی به دریاچه مطابق با جدول1 در نظر گرفته شده است.

 

 

منابع تأمین مقادیر مندرج در جدول1 عبارتند از : ورودی طبیعی رودخانه‌ها، انتقال از رودخانه زاب، انتقال از رودخانه ارس، انتقال پساب تصفیه خانه شهرهای اطراف، انتقال آب به پیکره (کاهش تلفات)، صرفه جویی در بخش کشاورزی و رهاسازی آب از سد بوکان می‌باشد. میزان کل آب ورودی تأمین شده در برنامه 10 ساله احیای دریاچه ارومیه برابر با 34،417 میلیون متر مکعب می‌شود. در جدول2 جزییات میزان تأمین آب از طریق منابع مختلف به تصویر کشیده شده است.

 

 

 

2-   مواد و روش‌ها

همان گونه که بیان گردید، ابتدا مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه با استفاده از داده‌های عمق نگاری، تبخیر، بارش و جریان‌های سطحی توسعه داده می‌شود. میزان تبخیر از سطح دریاچه ارومیه (به عنوان تنها خروجی آب آن) و میزان بارش مستقیم بر روی دریاچه (به عنوان یکی از ورودی‌های آب) در مطالعات پیشین [3] و [4] برآورد گردیده است که مقادیر آن‌ها در جدول3 به نمایش درآمده است. این مقادیر به صورت میانگین‌های ماهیانه محاسبه گردیده‌اند تا منجر به نتایج دقیق تری شوند.

 

با توجه به تأثیر زیاد عوامل انسانی بر جریان ورودی سطحی، به جای استفاده از مقادیر میانگین ماهیانه، از مقادیر نرمال شده آن‌ها استفاده گردیده است. بدین صورت الگوی تغییر ماهیانه جریان ورودی سطحی به دریاچه به قرار جدول4 ارائه می‌گردد.

 

روش انجام محاسبات بدین صورت است که با در دست داشتن مدل سه بعدی حاصل از داده‌های عمق نگاری، می‌توان حجم، تراز و مساحت دریاچه را با توجه به میزان آب ورودی به آن و خروجی از آن محاسبه نمود.

ابتدا مقادیر ماهیانه بارندگی (ورودی) و تبخیر (خروجی) به مقادیر حجمی تبدیل می‌شوند. در ادامه با در نظر گرفتن میزان آب سطحی سالیانه (ورودی) در نظر گرفته شده در برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه (مطابق با جدول1) و با استفاده از مقادیر نرمال جدول4، مقادیر ماهیانه جریان ورودی سطحی نیز محاسبه می‌گردد. در پایان با جمع جبری مقادیر ورودی و خروجی می‌توان به میزان تغییر حجم دریاچه و در نتیجه حجم جدید آن با توجه به سناریوهای آب رسانی سالیانه دست یافت.

آن گونه که از جدول2 پیداست، سناریوهای آب رسانی سالیانه به متغیرهای متعددی بستگی دارند که تغییر در مقادیر در نظر گرفته شده برای آن‌ها می‌تواند به تغییر برنامه زمان بندی در نظر گرفته شده برای دریاچه منجر شود. با استفاده از تحلیل عدم قطعیت موجود در این متغیرها، می‌توان ریسک سناریو در نظر گرفته شده را تحلیل نموده و تأثیر عدم قطعیت را بر برنامه زمان بندی بررسی نمود. در مورد داده‌های تبخیر نیز وضعیت مشابهی برقرار است. لذا در ادامه با تحلیل عدم قطعیت در تعیین میزان تبخیر و تأمین آب سطحی، تأثیر آن‌ها بر برنامه زمان بندی ارائه شده ارزیابی گردیده و در پایان بدترین سناریوی ممکن نیز بررسی می‌شود.

 

3-  بحث و نتیجه گیری

3-1 تأثیر عدم قطعیت در تعیین میزان دقیق تبخیر

همان گونه که بیان گردید، میزان متوسط تبخیر سطحی آب دریاچه ارومیه در مطالعات پیشین [3] بررسی شده و نتیجه بررسی داده‌های 14 ایستگاه تبخیر سنجی اطراف دریاچه ارومیه نشان می‌دهد که تا سال 1390 میزان تبخیر سطحی متوسط آب دریاچه ارومیه 900 میلی متر می‌باشد. با این حال دو فرضیه برای عدد به دست آمده باید مورد توجه قرار گیرد.

1-  اطلاعات و آمار مورد استناد در این تحقیق تنها تا سال 1390 موجود بوده است. در سال 1390 تراز آب دریاچه ارومیه 1272 متر بوده  و اکنون در شهریور ماه 1393 (زمان نگارش این مقاله) تراز آب دریاچه ارومیه به 1270.3 رسیده است. به این معنی که آب دریاچه ارومیه از آن زمان تاکنون حدود 2 متر پایین‌تر آمده و پایین‌تر آمدن آب دریاچه ارومیه از دو جهت می‌تواند عدد تبخیر به دست آمده را دست‌خوش تغییراتی نماید :

الف- با کاهش دو متری تراز آب دریاچه ارومیه، میزان جرم پیکره آب دریاچه کاهش پیدا کرده است. موجودی آب دریاچه ارومیه مانند خازن عمل می‌کند، به این معنی که سرمای زمستان را در خود ذخیره کرده و در تابستان با جذب انرژی حرارتی بیشتر از خورشید، به مرور گرم تر می‌شود. با کاهش حجم آب دریاچه، طبیعتاً با ثابت ماندن بقیه شرایط، آب دریاچه در تابستان گرم تر از گذشته شده و بنابراین تبخیر افزایش می‌یابد.

ب‌-  ضریب تشتک در تحقیق ذکر شده 0.77 لحاظ شده است که این ضریب وقتی در میزان تبخیر آب به دست آمده از تشتک تبخیر ضرب می‌شود، تبخیر آب دریاچه در مجاور تشتک را محاسبه می‌کند. اما چون در تحقیقات مورد استناد، نوع دریاچه، میزان آب و وسعت مورد نظر آن لحاظ نشده است، ممکن است به علت کاهش فوق‌العاده تراز آب دریاچه و به تبع آن کاهش رطوبت سطحی آن، این ضریب افزایش یافته و مقدار تبخیر از سطح دریاچه افزایش یافته باشد.

2- با کاهش سطح آب دریاچه ارومیه، پیوستگی آب در نیمه جنوبی دریاچه از میان رفته و به علت افزایش دمای قسمت‌های مجزای آب در نیمه جنوبی، این قسمت‌ها با سرعت بسیار بیشتری تبخیر می‌شوند. به همین دلیل میزان کل تبخیر از سطح دریاچه ارومیه افزایش یافته است. در شکل2 زیر تفاوت ظاهری دریاچه در سال 1390 با زمان نگارش مقاله ( شهریور 1393)  نشان داده شده است.

 


بنابراین سناریوی آب ریزی ستاد احیای دریاچه ارومیه با اعداد تبخیر از 900 تا 1100 میلی‌متر در سال شبیه سازی می‌شود که نتیجه شبیه سازی در شکل سه نشان داده شده است. البته ناگفته نماند که عدد تبخیر 900 میلیمتر با استناد به داده های تجربی به دست آمده است و شواهد نیز نشان می دهد که عدد مذکور تا سال 1390 دقیق بوده، اما به تازگی ادعاهایی در مورد اینکه عدد تبخیر دریاچه بسیار بیشتر از مقادیر محاسبه شده آن در سال های گذشته است مطرح شده است . به عنوان مثال مقاله اخیر دکتر گلابیان (محقق مستقل) . 

با توجه به این موارد، شبیه سازی با اعداد تبخیر بزرگتر نیز انجام می شود ولی به زعم نویسندگان این مقاله، از نظر علمی بسیار بعید است که عدد تبخیر متوسط در 10 سال آینده از یک متر افزون شود.  

 

شکل3 – نتایج سناریوی آب ریزی ستاد احیای دریاچه ارومیه با اعداد تبخیر از 900 تا 1100 میلی‌متر

همان طور که از شکل سه مشاهده می‌شود، اگر عدد تبخیر از 950 میلی‌متر بیشتر باشد، طبق برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه، تراز آب دریاچه ارومیه با یک تأخیر یک ساله نسبت به برنامه ریزی ارائه شده به میزان تراز اکولوژیک خود خواهد رسید. در غیر این صورت و با فرض ثابت بودن عوامل، صحت برنامه ریزی ستاد احیای دریاچه ارومیه طبق نتیجه شبیه سازی ارائه شده تایید شده و در زمانی کمتر یا مساوی 10 سال تراز آب دریاچه ارومیه به میزان 1/1274 خواهد رسید. بنابراین اولین نتیجه این تحقیق تایید صحت برنامه ده ساله ستاد احیای دریاچه ارومیه می باشد. که در صورتی که عدد تبخیر در محدوده 900 تا 950 میلیمتر باشد، و برنامه به خوبی اجرا شود، دریاچه در بازه زمانی ده ساله احیا خواهد گردید. 

3-2 عدم قطعیت در میزان آب سطحی وارد به دریاچه

در شکل چهار سهم منابع تأمین آب دریاچه ارومیه در برنامه پیشنهادی ستاد احیای دریاچه ارومیه که با استفاده از جدول دو محاسبه گردیده‌اند، ملاحظه می‌شود.

 

شکل4 - سهم منابع تأمین آب دریاچه ارومیه در برنامه پیشنهادی ستاد احیای دریاچه ارومیه، محاسبه شده با استفاده از جدول2

همان طور که مشاهده می‌شود، جریان آب سطحی طبیعی وارد شده به دریاچه در برنامه پیشنهادی، 46 درصد از آب مورد نیاز دریاچه را تأمین نموده و تأمین 54 درصد مابقی  از منابعی که در جدول دو نیز ذکر شده،  صورت می گیرد. 

در این قسمت در حالت‌های بدبینانه برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه شبیه سازی می‌شود. این مسئله به معنی زیر سؤال بردن برنامه ستاد  احیای دریاچه ارومیه نیست، بلکه پیش بینی ریسک هر برنامه کاری عقلانی بوده و در برنامه‌ریزی‌های کلان قطعاً باید مورد توجه واقع شود تا حالت‌های بدبینانه که ممکن است حادث شود از نظر دور نمانده باشد.

در برنامه ارائه شده، از سال پنجم تا سال دهم جریان طبیعی آب سطحی وارد به دریاچه هر سال 50 میلیون متر مکعب افزایش یافته است که منبع آن ذکر نشده است. بنابراین این میزان افزایش بدون ذکر منبع از برنامه ستاد حذف می‌شود.

در قدم بعدی، برنامه‌های آب رسانی غیر طبیعی به دریاچه ارومیه 10 درصد کاهش می‌یابد. با این توضیح که رسیدن به 90 درصد برنامه زمان بندی شده در چنین برنامه ریزی کلان، پر ریسک و با عدم قطعیت بالایی [2] خود موفقیتی بزرگ به شمار می‌آید. چنان چه منابع ذکر شده از برنامه ستاد احیای حذف شود، منابع آب ورودی به دریاچه در مدت برنامه ریزی شده طبق محاسبات 7 درصد کاهش پیدا می‌کند. چنان چه برنامه ستاد در زمان بندی ارائه شده با 20 درصد شکست و 80  درصد موفقیت حاصل شود، کل آب ورودی به دریاچه در مقایسه با برنامه ارائه شده، 11.5 درصد کاهش می‌یابد. در نهایت با عدم کامیابی 30 درصدی در برنامه ریزی ارائه شده میزان آب ورودی به دریاچه 16.2 درصد کاهش می‌یابد .

بنابراین سه سناریو محتمل در آب ریزی به دریاچه ارومیه در آینده می‌تواند اتفاق بیفتد که نتیجه شبیه سازی آب ریزی به دریاچه با این سه سناریو در شکل5 نشان داده شده است.

 

شکل5 -  نتیجه شبیه سازی آب ریزی به دریاچه با 4 سناریو محتمل

با توجه به نتایج شبیه سازی ماهیانه آب ریزی به دریاچه ارومیه، هر یک از سناریوهای چهارگانه موجود در موفقیت و عدم موفقیت برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه با مدت زمان متفاوتی در تراز 1274/1 تثبیت می‌شود. در بدترین سناریو، چنان چه منابع ذکر شده توسط ستاد احیای دریاچه ارومیه به میزان 70 درصد تأمین شود، برنامه پیش بینی شده توسط ستاد احیای دریاچه به مدت سه سال با تأخیر مواجه خواهد گردید . یعنی سطح آب دریاچه در سال 1405 در تراز اکولوژیک مورد اشاره تثبیت خواهد شد.

بدیهی است که در این شبیه سازی میزان آب سطحی طبیعی وارد شده به دریاچه ارومیه به جز حذف موارد افزایش بدون ذکر منبع که در 5 ساله دوم برنامه ذکر شده است[3]، بدون تغییر باقی مانده و تنها، منابع مصنوعی با عدم موفقیت احتمالی در نظر گرفته شده است.

 

 

 

3-3 شبیه سازی بدترین سناریو

در بررسی هر برنامه کلان و پیش بینی آینده آن، در نظر گرفتن بدترین سناریو یعنی تجمیع عدم قطعیت‌ها در حالت منفی و مخرب، می‌تواند بیشترین ریسک ممکن آن برنامه را به نوعی گوشزد نماید. اگر چه احتمال وقوع آن محاسبه نشده و تقریباً در این مورد غیر قابل محاسبه می‌شود، اما مدت زمان لازم برای احیای دریاچه ارومیه در صورت وقوع بدترین حالت جهت تصمیم گیری فعلی مسئولان و ارائه وعده‌ها و همچنین پیش بینی‌های آن‌ها عددی مهم و کلیدی به حساب می‌آید.

اگر مقدار تبخیر از میزان 900 میلی متر محاسبه شده در مقالات پیشین گروه کوانتس بیشتر بوده و 1100 میلی متر باشد[4] و در عین حال برنامه آب رسانی مصنوعی به دریاچه ارومیه با 70 درصد موفقیت در زمان مورد نظر انجام شود، در این صورت بدترین سناریو در این شبیه سازی حاصل می‌شود که نتیجه آن در شکل6 نمایش داده شده است.

 

شکل6 – نتایج حاصل از شبیه سازی بدترین سناریو ممکن (تبخیر 1100 میلی متر و موفقیت در تأمین آب 70 درصدی)

 

همان طور که در شکل6 مشاهده می‌شود، در بدترین سناریو یعنی تبخیر 1100 میلی متر و موفقیت 70 درصدی برنامه ارائه شده توسط ستاد احیای دریاچه ارومیه، تراز آب دریاچه ارومیه هیچ گاه به 1/1274 یعنی تراز اکولوژیک نخواهد رسید و در 5/1272 تثبیت خواهد شد.

اما اگر تبخیر از سطح دریاچه ارومیه یک متر در نظر گرفته شده و برنامه ستاد احیا با 90 درصد موفقیت همراه باشد نیز نتیجه ناامید کننده خواهد بود.

 

شکل7 – نتایج حاصل از شبیه سازی سناریو تأمین آب با در نظر گرفتن ریسک (تبخیر 1 متری و موفقیت در تأمین آب 90 درصدی)

اینکه میزان تبخیر محاسبه شده توسط گروه کوانتس حدود ده درصد خطا به سمت پایین داشته باشد و میزان تبخیر واقعی از سطح آب دریاچه 1 متر در سال باشد، امری دور از ذهن و غیر طبیعی نیست. بنابراین باید توجه داشت که چنان چه حتی 10 درصد در برنامه ارائه شده توسط ستاد محترم خللی وارد شده و آب‌های سطحی ورودی به دریاچه که در این برنامه لحاظ شده است با کاهش 7 درصدی مواجه شود، تراز آب دریاچه ارومیه به سختی بعد از 15 سال در تزار اکولوژیک در نظر گرفته شده تثبیت خواهد شد.

 

 

4-   جمع بندی

شبیه سازی برنامه ستاد احیای دریاچه ارومیه، به صورت ماهیانه و با توجه به مقالات پیشین ارائه شده توسط گروه کوانتس دانشگاه تهران، در این مقاله ارائه گردیده است. بررسی‌های صورت گرفته بیان گر این است که چنان چه بنا به هر دلیلی از جمله خطای انسانی، خطای ابزار و خطای مدل مورد استفاده ریاضی و ضریب تشتک در نظر گرفته شده، میزان تبخیر سطحی دریاچه ارومیه 1100 میلی متر باشد یا برنامه زمان بندی شده ستاد احیا با 70 درصد موفقیت در آب رسانی مصنوعی به دریاچه انجام شود، تراز آب دریاچه ارومیه هیچ گاه به تراز اکولوژیک نخواهد رسید. بنابراین مجریان امر باید تمام اهتمام خود را برای موفقیت 100 درصد برنامه ارائه شده توسط ستاد احیای دریاچه ارومیه، جزم کرده و یک برنامه کلان ملی را با همدلی و همکاری مضاعف به ثمر بنشانند تا نسل‌های آینده نیز بتوانند به جای شوره زار ارومیه یا یک دریاچه بی رمق فصلی، از نعمات وجود دریاچه ارومیه بهره‌مند شوند.

 

5-   منابع و مأخذ

[1]. لطفی احمد. دریاچه ارومیه تشریح شرایط پایه. سازمان حفاظت محیط زیست. 1391. 

[2]. راهكارهاي مصوب و برنامه زماني احياي درياچه اروميه. ستاد احیای دریاچه ارومیه.  1393.

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

[4]. فرخی سعید، روشن محمدباقر. تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه : بخش دوم – برآورد میزان بارندگی و جریان‌های سطحی. گروه کوانتس دانشگاه تهران.1393