تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه: بخش نهایی- توسعه مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه

تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه: بخش نهایی- توسعه مدل بیلان آبی دریاچه ارومیه

محمدصادق غیاثی، گروه کوانتس دانشگاه تهران

محمدباقر روشن، گروه کوانتس دانشگاه تهران

چکیده

دریاچه ارومیه به عنوان بزرگترین دریاچه داخلی کشور، دارای اهمیت و نقش استراتژیک در زمینه های مختلفی چون زیست محیطی و کشاورزی است. گروه کوانتس دانشگاه تهران در این مقاله به بررسی و مطالعه دقیق و علمی بیلان دریاچه ارومیه برای 12 ماه سال در 16 سال گذشته (از سال 1375 تا سال 1390) با استفاده از منابع، اطلاعات و داده های معتبر پرداخته خواهد شد. بدین منظور ابتدا با استفاده از نقشه دقیق 3 بعدی از دریاچه ارومیه به بررسی رابطه میان تراز و حجم آب دریاچه ارومیه پرداخته خواهد شد. سپس آبهای ورودی سطحی، تبخیر و بارش سالیانه و همچنین سایر عوامل ناشناخته و رابطه آنها با حجم یا تراز دریاچه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. محاسبات گروه کوانتس حاکی از آن است که سایر عوامل ناشناخته علیرغم آنکه کمتر مورد توجه قرار دارند به طور متوسط 0.36 کیلومتر مکعب در ماه در بیلان آبی دریاچه ارومیه موثر است. تحقیق پیشرو با مطالعه بیلان آبی دریاچه ارومیه و عوامل موثر در آن، اولین قدم را در راستای بررسی راهکارهای احیای دریاچه ارومیه برای تعیین حجم آب ورودی به دریاچه به جهت رسیدن به تراز دلخواه بر می­دارد.

مقدمه و معرفی

دریاچه ارومیه دومین دریاچه آب شور جهان و بزرگترین دریاچه داخلی ایران است. این دریاچه در دو دهه اخیر بویژه در چند سال گذشته بر اثر عوامل مختلف انسانی و زیست محیطی در معرض نابودی کامل قرار گرفته است. نابودی دریاچه ارومیه علاوه بر از بین رفتن گونه های زیستی و جانوری آن، موجب نابودی کشاورزی، اقتصاد و صنعت منطقه و مهمتر از همه سبب بروز فجایایی همچون طوفان نمک خواهد شد که نه تنها مردم مناطق محلی که زندگی بقیه مردم را تا صد ها کیلومتر آن طرف تر دریاچه نیز تهدید می­کند.

از این رو برای حل این بحران، مطالعه دقیق و علمی دریاچه ارومیه از زوایای مختلف، مهم و ضروری به نظر می­رسد. یکی از مهمترین بحثهای مطرح در موضوع بحران دریاچه ارومیه، بیلان آبی دریاچه است. بیلان آبی دریاچه ارومیه شامل پارامترهای مختلفی چون آبهای سطحی ورودی، بارش، تبخیر سطحی و سایر عوامل می­باشد که در مجموع میزان تغییرات حجم (تراز) دریاچه را مشخص می­سازد.

 

هدف از این مقاله بررسی تک تک عوامل و پارامترهای سمت راست معادله (1) و تاثیر آن بر حجم (تراز) دریاچه یا همان پارامتر سمت چپ معادله خواهد بود. مطالعه دقیق بیلان آبی از آن جهت حائز اهمیت است که فارق از هرگونه حدس و گمان، به صورت دقیق تمامی منابع آبی ورودی و خروجی دریاچه ارومیه را برای 12 ماه سال از سال 1375 تا 1390 مورد بررسی قرار داده و میزان تاثیر گذاری هریک مشخص خواهد شد. در واقع اولین دست آورد و خروجی این مقاله بدین صورت خواهد بود که علاوه بر عوامل شناخته شده (چون تاثیر سدها و آبهای سطحی ورودی و یا همچنین تغیرات الگوهای آب و هوایی منطقه و تغییر میزان تبخیر و بارش)، چه عوامل ناشناخته دیگری وجود دارد که در تعادل آبی دریاچه موثر بوده و میزان تاثیر گذاری آن چقدر است. محصول دیگر این تحقیق می­تواند منجر به توسعه و ساخت یک مدل آبی برای دریاچه ارومیه گردد که با کمک این مدل می­توان با شناسایی و در نظرگیری (پیش بینی) تمامی عوامل شناخته شده و مجهول، میزان حجم آب سطحی ورودی سالیانه را برای احیای دریاچه ارومیه برای برنامه ریزی های مختلف (سناریوهای آبریزی مختلف 5 ساله، 10 ساله و ...) بدست آورد.

مواد و روشها

با توجه به این که هدف این مقاله بررسی کاملا دقیق بیلان آبی دریاچه ارومیه به صورت ماهیانه برای 16 سال گذشته است، قبل از هر چیز به داده ها و اطلاعات دقیقی شامل شکل هندسی دریاچه، سطح آب دریاچه، حجم یا دبی آب سطحی ورودی، میزان تبخیر و بارش ماهیانه (و به عبارت دیگر تمامی پارامترهای معادله1) برای تمامی ماههای 16 سال گذشته نیاز است. بنابراین گروه کوانتس دانشگاه تهران برای هرچه دقیق تر شدن این مطالعه تنها به تحقیقات و مقالات علمی و نیز منابع اینترنتی موجود اکتفا نکرده و بلکه با همکاری ستاد احیای دریاچه ارومیه به سازمان ها و نهادهای مرتبط مراجعه کرده و اصل داده ها و اطلاعات مورد نیاز را برای پارامترهای مذکور بدست آورده است و خود به محاسبه و مطالعه دقیق آنها پرداخته است. در مطالعات و مقالات قبلی گروه کوانتس، بر روی تبخیر سطحی، بارش و دبی آبهای سطحی ورودی به صورت ماهیانه از سالهای 75 تا 90 به صورت جداگانه بررسی گردید (رجوع شود به تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه: بخش اول و دوم) و در ادامه تمامی عوامل مذکور به همراه سایر عوامل در کنار هم به منظور مطالعه بیلان آبی دریاچه مورد بررسی واقع خواهد شد.

نتایج

حجم و تراز آب دریاچه ارومیه

اولین پارامتر مورد بررسی میزان آب دریاچه ارومیه به صورت ماهیانه در 16 سال اخیر است. این پارامتر غالباً به دو صورت قابل بیان است. یک به صورت تراز سطح دریاچه که همان ارتفاع آب دریاچه است و دیگری به صورت حجم آب دریاچه طی ماههای مختلف می­باشد. با توجه به اینکه سنجش سطح و یا ارتفاع آب دریاچه نیاز به اطلاعات و تکنولوژی خاصی ندارد، لذا در تمامی مقالات و منابع، اعم از مقالات تحقیقاتی و گزارش سالیانه ارگانهای مختلف (نظیر وزارت نیرو یا سازمان محیط زیست) تراز و یا همان ارتفاع دریاچه ارومیه به طور یکسان، مشخص و دقیق گزارش شده است. گروه کوانتس نیز برای مطالعات خود از اطلاعات منابع مختلف مخصوصا داده های ماهواره ای که از منابع مختلف بدست آمده است (رجوع شود به مراجع ]10-13[) برای سنجش تراز دریاچه ارومیه استفاده کرده است (جدول 1).

جدول 1تراز ماهیانه دریاچه ارومیه برای سالهای 1375 تا سال 1390

 

اما اطلاعات مربوط به تراز دریاچه کافی نبوده و باید حجم آب دریاچه در محاسبات مربوط به معادله شماره 1 لحاظ شود. میزان حجم آب دریاچه در مقالات و مراجع مختلف همراه با اختلافات بسیاری گزارش شده است. به عنوان مثال در منابع مختلف حداکثر حجم دریاچه ارومیه از 25 کیلومتر مکعب تا 53 کیلومتر مکعب گزارش شده است که علت اصلی این اختلافات عدم اطلاع از شکل 3 بعدی و هندسی دریاچه ارومیه می­باشد. به عبارت دیگر منابع و مراجع مختلف با در دست داشتن ارتفاع دریاچه و در نظر گرفتن شکل تقریبی دریاچه به تخمین حجم آب دریاچه پرداخته اند. بدین ترتیب اولین اقدام گروه کوانتس دسترسی به یک نقشه 3 بعدی دقیق با رزولوشن بالا از دریاچه ارومیه بود تا با کمک نقشه 3 بعدی به محاسبه دقیق حجم آب دریاچه با توجه به ارتفاع آب طی ماه های مختلف سال بپردازد (شکل 1). بدین ترتیب از طریق ستاد احیای دریاچه ارومیه، نقشه 3بعدی دریاچه ارومیه که توسط پژوهشکده منابع آب موسسه تحقیقات آب با رزولوشن 30 متر تهیه شده بود، بدست آمد. سپس به کمک محاسبات کامپیوتری و با توجه به تراز دریاچه، حجم آب دریاچه ارومیه طی ماههای 16 سال گذشته محاسبه گردید (جدول 2). همچنین محاسبات گروه کوانتس حاکی از آن است که حداکثر حجم دریاچه ارومیه در تراز 1278 متر برابر 34.4 کیلومتر مکعب است.

 

شکل 1 تصویر نقشه 3 بعدی دریاچه ارومیه در نرم افزار MATLAB

 

جدول 2حجم آب دریاچه ارومیه برای ماههای مختلف در سالهای 1375 تا 1390

 

آبهای سطحی ورودی

منظور از آبهای سطحی ورودی همان آبهای ورودی از رودخانه های حوضه آبریز دریاچه ارومیه به آن است. برای بدست آوردن اطلاعات مربوط به آبهای سطحی، به دفتر مطالعات پایه منابع آب وزارت نیرو مراجعه شد و اطلاعات مربوط به دبی ماهیانه کلیه ایستگاه های دبی سنجی رودخانه های حوضه آبریز دریاچه ارومیه بدست آمد. از آنجا که معمولا برای هر رودخانه دو یا چند ایستگاه دبی سنجی وجود دارد لذا اطلاعات مربوط به 18 ایستگاه هیدرومتری که آخرین ایستگاه بر روی رودخانه هاست، استفاده شد. سپس میانگین ماهیانه داده ها محاسبه گردید. برای اطلاع از جزئیات بیشتر و نیز مشاهده مقادیر متوسط ماهیانه آبهای سطحی ورودی به مقاله تحلیل بیلان آبی دریاچه: بخش دوم (مرجع ]2[) از همین گروه رجوع کنید.

تبخیر سطحی

یکی دیگر از عوامل بسیار مهم و تاثیرگذار در بیلان آبی دریاچه تبخیر سطحی دریاچه ارومیه است. تبخیر سطحی به پارامترهای مختلفی چون دما، تابش آفتاب، غلظت نمک، باد و ... بستگی دارد. نحوه تاثیرگذاری هر یک از این عوامل بر روی میزان تبخیر سطحی با استفاده از منابع و مقالات مختلف قابل حصول است (به مرجع [5] رجوع شود). تبخیر سطحی به صورت واحدی از طول (میلیمتر) بیان می­شود. مفهوم واحد طول برای تبخیر سطحی به معنای آن است که صرف نظر از عمق و شکل هندسی دریاچه سالانه به ارتفاع تبخیر سطحی از تراز دریاچه کم می­شود. لذا برای محاسبه حجم آب تبخیر شده، باید شکل هندسی دقیق دریاچه در اختیار باشد که مجددا اهمیت استفاده از نقشه 3 بعدی دریاچه را نشان می­دهد.

محاسبه میزان تبخیر سطحی روشهای مختلف تجربی و تحلیلی امکان پذیر است که روش فرمول پنمن و تشتک تبخیر از روشهای رایج در این حوزه می­باشد. در این مطالعه برای بدست آوردن میزان تبخیر سطحی دریاچه ارومیه، از داده های تبخیر سنجی سالهای 1375 تا 1390 ثبت شده توسط 10 ایستگاه هواشناسی که در فاصله ای کمتر از 30 کیلومتر در اطراف دریاچه ارومیه واقع شده اند، استفاده شده است. این داده ها که توسط دفتر مطالعات پایه منابع آب وزارت نیرو در اختیار گروه کوانتس قرار گرفت، میزان تبخیر آب شیرین به روش تشتک تبخیر را در اختیار می­دهد. بنابراین لازم است پس از میانگین گیری از داده های تبخیر سطحی ماهیانه ایستگاه ها، مقدار بدست آمده ابتدا با یک ضریبی از آب شیرین به آب شور و سپس با استفاده از  ضریب تصحیح تشتک تبخیر اصلاح شود تا میزان تبخیر برای خود دریاچه ارومیه بدست آید. برای اطلاع از جزئیات بیشتر و نیز مشاهده مقادیر متوسط تبخیر سطحی ماهیانه به مقاله تحلیل بیلان آبی دریاچه: بخش اول (مرجع ]1[) از همین گروه رجوع کنید.

بارش سالیانه

بارش سالیانه همانند تبخیر سطحی بر واحد طول بیان شده که برای محاسبه مقادیر آن از داده های همان ایستگاههای هواشناسی استفاده شده است که در تبخیر سطحی از آن استفاده شد. این امر باعث می­شود تحلیل بیلان آبی دریاچه دقیق تر صورت گرفته و تاثیر اقلیم های مختلف بر بارندگی و تبخیر یکسان باشد. برای اطلاع از جزئیات بیشتر و نیز مشاهده مقادیر متوسط بارندگی ماهیانه به مقاله تحلیل بیلان آبی دریاچه: بخش دوم (مرجع ]2[) از همین گروه رجوع کنید.

پارامتر مجهول

تمامی عواملی که تاکنون به عنوان عوامل موثر در حجم و بیلان آبی دریاچه ارومیه بحث شد کما بیش موضوع مورد توجه اغلب مقالات و پژوهش های صورت گرفته در این حوزه است. اما محاسبات صورت گرفته توسط گروه کوانتس حاکی از آن است که هر ساله یک حجم عظیمی از آب (به طور متوسط حدود 0.36 کیلومترمکعب در ماه) تحت عنوان پارامتر مجهول در محاسبه بیلان آبی دریاچه نقش دارد که خارج از عوامل شناخته شده ای نظیر تبخیر و یا آبهای سطحی ورودی است. به عبارت دیگر اگر حاصل جمع جبری آبهای ورودی سطحی، تبخیر سالیانه و بارش سالیانه با تغییرات سالیانه حجم دریاچه مقایسه شود همواره با یکدیگر به میزان بسیار زیاد و قابل توجهی دارای اختلاف هستند. این میزان اختلاف می­تواند عوامل و علل مختلفی همچون نفوذ آب (ورود یا خروج آب) از کف دریاچه و یا مصارف مختلفی چون کشاورزی منطقه در حد فاصل بین آخرین ایستگاه دبی سنجی تا دریاچه، تبخیر و یا نشت آب در رودخانه ها یا دهانه ورود رودخانه به دریاچه، خطاهای اندازه گیری و غیره داشته باشد. مجموعه همه این عوامل تحت عنوان یک پارامتر مجهول مطرح می­شود. علت اصلی نامگذاری این پارامتر به نام پارامتر مجهول نیز همین امر است که اولا تمامی علل و عوامل موثر آن کاملا مشخص نشده است و ثانیا امکان محاسبات دقیق عوامل موثر شناسایی شده نظیر نفوذ از کف یا مصارف کشاورزی نیز وجود ندارد. البته بررسی های گروه کوانتس نشان می­دهد که این پارامتر بیشتر حالت خطا گونه دارد و به صورت نوسانی برای ماه های مختلف و سالهای مختلف تغییر پیدا می­کند. بنابراین برای هر چه دقیق تر شدن محاسبات بیلان نیاز به دقت بیشتری در ورودی ها و خروجی ها دریاچه ارومیه و منابع آبی سطحی ورودی به آن احساس می­شود.

نکته جالب توجه دیگر آنکه تقریبا همه ساله از شهریورماه تا آبان ماه میزان پارامتر مجهول و به عبارت دیگر اختلاف میان حجم آب اندازه گیری شده با عوامل ورودی و خروجی آب به دریاچه دارای یک روند نزولی است. به عبارت دیگر عواملی جدای تبخیر، بارش و آبهای سطحی ورودی باعث کاهش آب دریاچه می­شود این مقدار نیز از شهریور ماه به سمت آبان ماه کاهش بیشتری از خود نشان می­دهد. وقوع چنین امری در شکل 2 به خوبی قابل مشاهده است. با توجه به اینکه در این ماه ها مصرف آب کشاورزی افزایش پیدا می­کند، طبیعتاً می تواند به عنوان اصلی ترین عامل احتمالی برای این پدیده در نظر گرفته شود. به همین دلیل برای درک بهتر این پدیده پژوهشها و مطالعات بیشتری نیاز است که در حال حاضر این مهم در گروه کوانتس در حال مطالعه بوده و به زودی نتایج آن منتشر خواهد شد.

در واقع هدف اصلی گروه کوانتس از این مقاله و تحقیق، محاسبه و ارائه همین پارامتر مجهول است؛ چرا که با توجه به حجم بسیار بالای این پارامتر (به طور متوسط 0.36 کیلومتر مکعب در ماه)، نقش بسیار مهمی را در بیلان و تعادل آبی دریاچه بازی می­کند و باید در کلیه محاسبات و تصمیم گیری های کلان احیای دریاچه در نظر گرفته شود و جالب تر اینکه معمولا در مقالات و تحقیقات ارائه شده این پارامتر مجهول مورد غفلت نیز واقع شده است. با توجه به اینکه کلیه طرحهای مطالعاتی و اجرایی احیای دریاچه ارومیه هزینه های میلیاردی و زمانی فراوانی را بر دوش کشور خواهد گذاشت؛ لذا مقتضی است قبل از هر گونه تصمیم گیری و تصویب طرح های کلان برای احیای دریاچه، عوامل موثر در بیلان آبی دریاچه به ویژه علل و عوامل دخیل در پارامتر مجهول مطالعه و شناسایی شده و سپس در راستای محاسبات دقیق این پارامترها و پیش بینی آن برای سالهای آینده در طی شرایط مختلف پرداخت.

 

شکل 2 نمودار مقادیر مجهول ماهیانه برای سالهای 1375 تا 1390 و میانگین آنها

بحث و نتیجه ­گیری

مباحث و مطالب مطرح شده در این مقاله، مبنای محاسبات بیلان آبی دریاچه ارومیه برای 16 سال گذشته از سال 1375 تا سال 1392 است. در این مطالعه، ابتدا با کمک نقشه 3 بعدی دریاچه ارومیه رابطه دقیق میان تراز دریاچه ارومیه و حجم آب آن محاسبه گردید. سپس با کمک داده های ایستگاه های هواشناسی و دبی سنجی میزان آب های ورودی سطحی رودخانه ها به دریاچه ارومیه، میزان تبخیر سطحی ماهیانه و میزان بارش ماهیانه و رابطه آنها با تراز و حجم دریاچه ارومیه بررسی گردید. با بررسی منابع ورودی و خروجی آب از سطح دریاچه و مقایسه آن با تغییرات حجم دریاچه منجر به شناسایی یک پارامتر مجهولی گردید که در تعادل دریاچه ارومیه نقش بسیار مهمی را ایفا می­کند. همچنین با توجه به نمودارها و نتایج حاصله، آبهای ورودی سطحی و تبخیر سالیانه نقش بسیار مهمی در تعادل آب دریاچه ارومیه بازی می­کنند. با توجه به اینکه میزان تبخیر سطحی و بارش سالیانه تحت تاثیر عوامل جوی بوده و خارج از کنترل انسان و عوامل انسانی می­باشد، لذا تنها ابزار در دسترس و قابل کنترل برای احیای دریاچه ارومیه، آبهای سطحی ورودی و نیز عوامل موثر در پارامتر مجهول نظیر کشاورزی می­باشد. بنابراین برای افزایش آبهای سطحی ورودی نیاز به مدیریت صحیح و بهینه منابع آبی حوضه آبریز دریاچه بویژه در بخش کشاورزی وجود دارد. امید است با عزمی ملی به همراه تلاش و پیگیری جدی مسئولین و همکاری مردم و اهالی منطقه گامهای اساسی در راستای بهبود و احیای دریاچه ارومیه برداشته شود.

مراجع


[1] سعید فرخی، تحلیل بیلان آبی دریاچه ارومیه: بخش اول - برآورد میزان تبخیر، گروه کوانتس دانشگاه تهران، 

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

[3] ستاد احیای دریاچه ارومیه، 

[4] دفتر مطالعات پایه منابع آب، وزارت نیرو

[5] دکتر میرعلی محمدی، گزارش نهایی: رابطه بین تبخیر آبهای شور و شیرین و تاثیر آن روی تبخیر آب دریاچه ارومیه، 1383

[6] بهمن احمدزاده، تعریف معادله پارامترهای اثرگذار در نوسانات کمی و کیفی دریاچه ارومیه

[7] عبدالرحیم صلوی تبار، مدیریت جامع منابع آب حوضه آبریز-دریاچه ارومیه، چالش ها و راهکارها، شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس.

[8] پژوهشکده منابع آب، موسسه تحقیقات آب

[9] سازمان هواشناسی کشور، 

[10] SOLS: A lake database to monitor in the Near Real Time water level and storage variations from remote sensing data

[11] J.-F. Cretaux, W. Jelinski , S. Calmant , A. Kouraev , V. Vuglinski ,M. Berge-Nguyen ,M.-C. Gennero, F. Nino, R. Abarca Del Rio, A. Cazenave, P Maisongrande. Advances in Space Research 47 (2011) 1497-1507

[12] Jason1-2,OSTM Data,