• Home
  • Assessing Water Allocation to Mashhad City Using WEAP Model: The Role of Chehchehe and Qaretikan Dam Water Transfer Project Along with Transboundary Treaties

Share To

Article Url


Manuscript ID : WEJ-2309-2397 (R2) Visit : 5 Page: -

Article Type: Original Research

Assessing Water Allocation to Mashhad City Using WEAP Model: The Role of Chehchehe and Qaretikan Dam Water Transfer Project Along with Transboundary Treaties

Subject Areas : Article frome a thesis

محمدحسین احمدی 1 , Roozbeh Aghamajiid 2 , MohammadReza Zaghian 3 , Gholamreza Saeedifar 4

1 - مربی گروه عمران و عضو باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد اسلامی واحد بیضا فارس
2 - Department of Civil Engineering, Sepiadn Branch, Islamic Azad University, Sepidan, Iran
3 - Master's student in Water Resources Engineering, Tarbiat Modares University
4 - Department of Civil Engineering, Beyza Branch, Islamic Azad University, Beyza, Iran

Received: 2023-09-25 Published : 2024-10-07

Keywords: Water resources planning, WEAP model, water transfer, Chechehe-Qara Tikan,

Abstract :

Introduction: In recent years, the issue of providing drinking water and ensuring public health for the residents of the city of Mashhad has emerged as a top priority for the authorities in charge. As part of addressing this concern, a proposed solution involves the transfer of water from Chehchehe and Qaretikan dams through the construction of water catchment structures downstream of these dams. The water would then be channeled to the water transfer tunnel of Dosti Dam for eventual delivery to the city of Mashhad. Methods: In this study, an evaluation was conducted on the alterations in water allocation stemming from the presence of two dams over a 24-year span from 1997 to 2020. Factors such as potable water requirements, agricultural demands, ecological considerations, and the water agreement between Iran and Turkmenistan were taken into account using WEAP model. Subsequently, the second phase of the study involved an assessment of the fulfillment of the aforementioned needs, utilizing the percentage of meeting index. Findings: Based on the findings, it is evident that the transfer of water within the allowable volume limit is both feasible and viable. It is imperative to emphasize that maintaining current loading levels, without any additional burden, is crucial for sustaining a reliable water supply for the city of Mashhad via the two dams.

References:
Full-Text:


Water Resources Engineering Journal                                                           ?? 2024. Vol ??. Issue ??

Research Paper

Assessing Water Allocation to Mashhad City Using WEAP Model: The Role of Chehchehe and Qaretikan Dam Water Transfer Project Along with Transboundary Treaties

Mohammad Hossein Ahmadi1*, Mohammad Reza Zaghiyan2, Roozbeh Aghamajidi3, Gholamreza Saeedifar1

1. Department of Civil Engineering, Beyza Branch, Islamic Azad University, Beyza, Iran

2. Department of Water Engineering and Management, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

3. Department of Civil Engineering, Sepidan Branch, Islamic Azad University, Sepidan, Iran

 

Received: …………………..

Revised: …………………..

Accepted: …………………..

Abstract

Introduction: In recent years, the issue of providing drinking water and ensuring public health for the residents of the city of Mashhad has emerged as a top priority for the authorities in charge. As part of addressing this concern, a proposed solution involves the transfer of water from Chehchehe and Qaretikan dams through the construction of water catchment structures downstream of these dams. The water would then be channeled to the water transfer tunnel of Dosti Dam for eventual delivery to the city of Mashhad. 

Methods: In this study, an evaluation was conducted on the alterations in water allocation stemming from the presence of two dams over a 24-year span from 1997 to 2020. Factors such as potable water requirements, agricultural demands, ecological considerations, and the water agreement between Iran and Turkmenistan were taken into account using WEAP model. Subsequently, the second phase of the study involved an assessment of the fulfillment of the aforementioned needs, utilizing the percentage of meeting index. 

Findings: Based on the findings, it is evident that the transfer of water within the allowable volume limit is both feasible and viable. It is imperative to emphasize that maintaining current loading levels, without any additional burden, is crucial for sustaining a reliable water supply for the city of Mashhad via the two dams.

 

 

 

Keywords:

Mashhad Water Supply, Chehchehe-Qaretikan Dam, WEAP Model, Water Transfer, Border Protocol.

Citation:

 

*Corresponding author: Mohammad Hossein Ahmadi

Address: Department of Civil Engineering, Beyza Branch, Islamic Azad University, Beyza, Iran

Tell: +989173396962

Email: mohamadh.ahmadi@iau.ac.ir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Extended Abstract

Introduction

 

Water resources have emerged as a critical component for socio-economic development, particularly in arid and semi-arid regions. Water, as a pivotal resource, plays a significant role in shaping the trajectory of our nation’s social and economic growth. The escalating population and economic expansion, encompassing urbanization, industrial output, and agricultural activities, have precipitated a swift surge in water demand over the years. Precipitation exhibits substantial temporal and spatial variations, with most tropical and subtropical regions globally experiencing considerable fluctuations in seasonal and annual rainfall. These factors have exacerbated the issue of water scarcity. Consequently, the rise in water demand has diminished water availability during dry seasons and escalated water disputes within watersheds. To mitigate the disparity in water resource distribution and demand, the strategy of inter-basin water transfer has been adopted globally. This strategy, defined as the relocation of water from one watershed or distinct geographical area to another or from one river to another, serves as a viable solution to address the imbalance.

Materials and Methods

The area under study is situated in the northern part of the Khorasan Razavi province. Characterized primarily by mountainous terrain and plains, the region’s highest elevation reaches 3130 meters. The area is rich in rivers such as Qaretikan, Chechehe, Cheshmeshur, and Sepanjeh, with agricultural lands and gardens flourishing along their banks. The principal rivers in this area flow from south to north. After irrigating the agricultural lands, these rivers cross the national border and enter Turkmenistan. The project will conduct a four-stage assessment of the catchment area. This process will involve the use of standard statistical methods to quantify the agreement between Iran and Turkmenistan and evaluate the minimum environmental flow, thereby assessing the fundamental condition of the area under study. Following the introduction of input data into the simulation model, an optimization model based on WEAP water allocation will be employed. This model, coupled with defined simulation scenarios, will facilitate the evaluation of changes in water allocation. In the final stage, the index of the percentage of supply will be used to examine alterations in the provision of defined needs, including agriculture, drinking, and environment, under each scenario. 

Findings

One of the benchmarks for evaluating the outcomes derived from each scenario is the responses pertaining to the current situation scenario. In the reference scenario, the irrigation efficiency of agricultural lands stands at 30%, and the cultivated areas and requisite sites align with the instances delineated in the preceding sections. Moreover, the reference scenario does not account for the transfer of water from the two rivers under study. In this context, the scenario encompassing environmental needs and the computed water flow from the dam to the outlet was deemed as the reference scenario. Consequently, additional scenarios were formulated based on the reference scenario. Furthermore, in accordance with the most recent approvals concerning allocation and capacity, the annual average volume of water that can be transferred from the water sources of Hezar Masjid at the site of Qaratikan and Chehchehe dam projects is estimated to be 3 and 2 million cubic meters, respectively. It’s also noteworthy that due to the absence of industrial development in the studied area during the research period, its need node has not been considered. The increase in the proportion of transferable water derived from the simulation results can be attributed to the omission of the industrial water demand node. In this regard, the results of each scenario will be subjected to analysis.

Discussion

It’s important to note that the outcomes of each scenario have been examined individually, both prior to and following the operation of the Qarahtikan and Chehchehe dams. The construction of a dam on the Harirud River in Afghanistan is perceived as a significant challenge for securing drinking water supply in Mashhad. In this context, one proposed solution to offset a portion of the water shortages required for drinking and sanitation in Mashhad involves transferring water from the surface water sources. A key component of these plans includes the transfer of water from the Chehchehe and Qaretikan dams. This process entails the construction of catchment structures downstream of these dams and the subsequent transfer of water to the water conveyance tunnel of the Dosti Dam, and ultimately to the city of Mashhad. For this purpose, the study will initially evaluate the shifts in water allocation from the sites of these two dams. This evaluation will consider the needs of drinking, agriculture, the environment, and the water treaty between Iran and Turkmenistan, utilizing the WEAP model. Subsequently, in the second stage, the assessment of the aforementioned needs will be conducted using a percentage-based approach. 

Conclusion

The research findings suggest that the provision of agricultural, environmental, border protocol, and drinking water has been effectively managed under the investigated scenarios. The average volume delivered by both dams to the location of the water transmission line falls within the range of transferable volume, indicating the feasibility of water transfer according to the threshold limit of transferable volume. However, in the third scenario, which involves the application of the transmission line and a 20% increase in agricultural demand, there is a decrease in the water delivered to drinking water transmission lines from both dams. This suggests that if there is an increase in load during drought years and the agricultural demand increases by only 20% for the expansion of the cultivated area, the flow delivered to the Chechcheh - Mashhad drinking transmission line and the Qaratikan-Mashhad transmission line will decrease by 17% and 11% respectively. Therefore, to ensure a stable supply of drinking water in Mashhad through the two dams, it is recommended that no additional loading should be considered over the following years. This is crucial to prevent any potential disruption in the city’s drinking water supply.

Ethical Considerations compliance with ethical guidelines

The cooperation of the participants in the present study was voluntary and accompanied by their consent.

 

Funding

No funding.

Authors' contributions

Conflicts of interest

The authors declared no conflict of interest.


 

مقاله پژوهشی

ارزیابی تخصیص آب به شهر مشهد با استفاده از مدل WEAP: نقش طرح انتقال آب سد چهچهه و قره‌تیکان در تعامل با معاهدات فرامرزی

 

محمدحسین احمدی1*، محمدرضا زاغیان2، روزبه آقامجیدی3 ، غلامرضا سعیدی فر1

1. استادیار گروه مهندسی عمران، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران

2. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی و مدیریت آب دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3. استادیار گروه مهندسی عمران، واحد سپیدان، دانشگاه آزاد اسلامی، سپیدان، ایران

 

تاریخ دریافت:

تاریخ داوری:

تاریخ پذیرش:

چکیده

مقدمه: در سال‌های اخیر، تامين آب شرب و بهداشت ساکنان کلان شهر مشهد مقدس، به اصلي ترين دغدغه تصمیم‌گیرندگان این حوضه تبديل شده است. در این راستا، يکي از راه هاي پيشنهادي براي جبران بخشي از کسري آب مورد نياز شرب و بهداشت شهر مشهد، طرح انتقال آب از سدهای چهچهه و قره‌تیکان با احداث سازه‌های آبگیر در پایین‌دست این سدها و انتقال آب به سمت تونل انتقال آب سد دوستی و سپس شهر مشهد می‌باشد.

روش­: در این مطالعه ابتدا به ارزیابی تغییرات تخصیص آب از محل این دو سد، در بازه زمانی 24 ساله از 1375-76 الی 1400-1399 با در نظرگرفتن نیازهای شرب، کشاورزی، زیست‌محطی و معاهده آبی میان ایران و ترکمنستان با استفاده از مدل تخصیص آب WEAP پرداخته شد. سپس در مرحله دوم ارزیابی تامین نیازهای فوق‌الذکر با استفاده از شاخص درصد تامین‌شدگی مورد بررسی قرار گرفت.

یافته­ها: مطابق با نتایج بدست آمده، انتقال آب مطابق با حدآستانه حجم قابل انتقال عملی و امکان‌پذیر است. اما بایستی توجه نمود تا در طی سال‌های ترسالی نیز هیچگونه بارگذاری اضافی نسبت به شرایط موجود درنظر گرفته نشود تا تامین پایدار آب شرب شهر مشهد از طریق دو سد، صورت گیرد.

نتیجه­گیری: مطابق با نتایج بدست آمده از این تحقیق تحت سناریوهای مورد بررسی و دو برش زمانی پیش و پس از بهره‌برداری از سدها، تامین نیازهای کشاورزی، زیست‌محیطی، پروتکل مرزی و خط انتقال آب شرب به خوبی انجام شده است. همچنین متوسط حجم تحویلی توسط هر دو سد به محل خط انتقال آب، در محدوده حجم قابل انتقال می‌باشد. به‌عبارت دیگر، نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد، انتقال آب مطابق با حدآستانه حجم قابل انتقال عملی و امکان‌پذیر می‌باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DOI:

 

 

واژه­های کلیدی:

تامین آب شهر مشهد، سد چهچهه-قره‌تیکان، مدل WEAP، انتقال آب، پروتکل مرزی.

* نویسنده مسئول: محمد حسین احمدی 

نشانی: گروه مهندسی عمران، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران

تلفن: 09173396962

پست الکترونیکی: mohamadh.ahmadi@iau.ac.ir

 

 

 

 

مقدمه

 

منابع آب به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، به یک عامل حیاتی براي توسعه‌ي اقتصادي- اجتماعی تبدیل شده است (Notter et al., 2012). در این راستا، آب منبعی کلیدی است که استفاده و توسعه آن تعیین‌کننده میزان توسعه اجتماعی و اقتصادی کشور ما خواهد بود. با رشد روزافزون جمعیت و اقتصاد از جمله شهرنشینی، تولیدات صنعتی و کشاورزی، تقاضا برای آب به سرعت در طول سال‌ها افزایش یافته است. بارندگی در طول زمان و مکان بسیار متفاوت است و بیشتر مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری جهان با تغییرات فصلی و سالانه عظیم در بارندگی روبرو شده‌اند (Arnell, 2004). عوامل فوق مشکل کمبود آب را تشدید کرده است. در این راستا، افزایش تقاضای آب باعث کاهش دسترسی به آب در فصول خشک و همچنین افزایش مناقشات آبی در حوضه‌های‌آبریز شده است (Fu et al., 2021). برای کاهش عدم تعادل در توزیع منابع و تقاضای آب، انتقال آب بین حوضه‌ای، که به عنوان «انتقال آب از یک حوضه‌آبریز یا منطقه جغرافیایی متفاوت به دیگری، یا از یک رودخانه به رودخانه دیگر» تعریف می‌شود، در سراسر جهان اجرا شده است (Davies et al., 1992).

بسیاری از پروژه­های انتقال آب در سطح جهانی انجام شده یا در حال توسعه هستند. سهم کل این پروژه‌ها تقریباً 14% از کل برداشت آب در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد (Gupta & van der Zaag, 2008). در آفریقا، پروژه آب هایلندز لسوتو، با هدف انتقال سالانه حدود 2200 میلیون متر مکعب آب از لسوتو به آفریقای جنوبی برای تولید برقابی و تامین آب شرب، در دست ساخت است (Mwangi, 2007). پروژه انتقال آب در شمال چین نیز در نظر گرفته شده است تا 14 میلیارد متر مکعب در سال را برای کاهش کمبود آب در این منطقه با استفاده از کانال اصلی 1267 کیلومتری هدایت کند (Zeng et al., 2015). در این راستا، ارزیابی جامعی در خصوص فرصت‌ها و چالش‌های پروژه‌های انتقال آب در مطالعه (Zhang et al., 2015) انجام شده است. مطالعات و انجام پروژه‌های انتقال آب در ایران نیز سابقه طولانی داشته و همواره مورد توجه تصمیم‌گیران و سیاست‌گذاران بخش منابع آب بوده است. این مورد به خوبی در مطالعه (Council, 2005) مورد بررسی قرار گرفته و سابقه انتقال آب در ایران را از سال 1954 مورد ارزیابی قرار داده است. پیشرفت‌های جاری در روش‌های مدل‌سازی سناریوهای هیدرولوژیکی و اجتماعی-اقتصادی امکان تجمیع داده‌ها را در مقیاس‌های مختلف فراهم می‌کند و می‌توان از آن برای تولید داده‌هایی در سطح حوضه برای طیف گسترده‌ای از نشانگرها مانند خطرات سیل یا خشکسالی استفاده کرد. در این راستا، عدم قطعیت‌های ذاتی با داده‌های مدل‌سازی شده وجود دارد که بسته به طراحی مدل و ویژگی‌های داده ورودی متفاوت است، اما مدل‌ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند و به ابزارهایی برای تصمیم‌گیری و پشتیبانی مدیریت تبدیل شده‌اند (Butler & Ford, 2018).  از سویی دیگر، همواره یکی از مهم‌ترین موانع موجود در ارزیابی منابع آب، عدم قطعیت در نتایج بدست آمده با توجه به رویدادهای هیدرولوژیکی، هواشناسی و همچنین الگوهای تقاضا می‌باشد. تخصیص مقادیر نادرست به این رویدادها و الگوها می‌تواند نتایج مطالعه و تصمیم‌گیری‌های حاصل را بی اعتبار کند. در این راستا، از طریق توسعه سناریوها و استراتژی‌های جایگزین، وضعیت‌های آینده تامین آب و تقاضای آب را می‌توان تحت برنامه‌های مدیریت منابع آب و شیوه‌های مدیریت تقاضای آب ارزیابی کرد (Miller et al., 2021). از مهم‌ترین این ابزارها می‌توان به مدل‌های شبیه‌سازی حوضه‌آبریز بر اساس شبکه‌ای از گره‌های تامین و تقاضا برای استخراج تعادل آب حوضه اشاره نمود که یکی از رویکردهای مهم و کلیدی برای اجرای سناریوهای مدنظر هستند (Bessa Santos et al., 2019). این مدل‌ها به کاربر اجازه ارزیابی انواع اقدامات مربوط به منابع آب و مدیریت تقاضا تحت شرایط مختلف هیدرولوژیکی می‌دهد (Amini et al., 2017).

در این راستا، سیستم ارزیابی و برنامه ریزی آب (WEAP) به‌عنوان یک ابزار مدیریتی برای مدیریت منابع آب است که در ابتدا در مؤسسه محیط زیست استکهلم (SEI) در سال 1988 توسعه یافت (Yates et al., 2005). استفاده از مدل WEAP در طیف متنوعی از مطالعات برای اهداف تخصیص آب به‌کار گرفته شده است (Goshime et al., 2021). اجرای یک سناریوی مناسب برای تخصیص منابع ، می­تواند به عنوان یک معیار مناسب در برنامه ریزی منابع آبی در نظر گرفته شود. این معیارها در مطالعات مختلف، مورد استفاده قرار گرفته است (Abrishamchi et al., 2005). در اين ميان از ساليان دور، تامين آب شرب و بهداشت ساکنان کلان شهر مشهد مقدس، به اصلي ترين دغدغه تصمیم‌گیرندگان این حوضه تبديل شده است (Davarpanah & Vahidnia, 2022). اگرچه مطالعه و اجراي سد و خط انتقال آب دوستي به مشهد تا حد زيادي مشکلات کمي و کيفي آب شهر مشهد را حل نمود، اما تغييرات اقليمي، خشکسالي و کاهش بارش‌ها، رشد جمعيت و خالي شدن سفره‌هاي آب زيرزميني منطقه، مجدداً تامين آب شهر مشهد را به عنوان يک مسئله داراي اهميت مطرح نموده است. افزون بر آن، موضوع احداث سد بر روي رودخانه هريرود در کشور افغانستان نيز از چالش‌هاي بسيار مهم براي تامين آب شرب مشهد تلقي مي‌شود. در حال حاضر با بهره‌برداري در آينده نزديک از سد در حال ساخت پشتو در نزديکي هرات و همچنين برنامه‌ريزي براي احداث سدهاي جديد بر روي روخانه هريرود، قطعا ضريب اطمينان تامين آب شرب شهر مشهد از سد دوستي با مخاطره مواجه خواهد شد.در این راستا، يکي از راه هاي پيشنهادي براي جبران بخشي از کسري آب مورد نياز شرب و بهداشت شهر مشهد، انتقال آب از منابع آب‌هاي سطحي و زيرزميني حوضه‌آبريز قره قوم واقع در يال شمالي کوه‌هاي هزار مسجد است. با توجه به شرايط توپوگرافي منطقه، به دليل شيب تند رودخانه‌ها و عدم مخزن‌دهي مناسب و بسيار محدود، امکان ذخيره سازي منابع آبهاي سطحي با احداث مخازن متعارف امکان پذير نيست. بنابراين بهترين راهکار، جمع آوري آبهاي سطحي و انتقال از طريق خط لوله به سمت مشهد مي باشد. از جمله مطالعات قبلی انجام شده در این زمینه می‌توان به "مطالعات تکميلي طرح بهره برداري بهينه از منابع آبي هزار مسجد (مسير دوستي)- بروزآوري تخصيص منابع آب سدهاي چهچهه و قره‌تيکان- مهندسين مشاور تحقيقات خاک مهارآب- 1398" اشاره نمود. به‌عنوان بخشی از مهم‌ترین این طرح‌ها، طرح انتقال آب از سدهای چهچهه و قره‌تیکان با احداث سازه‌های آبگیر در پایین‌دست این سدها و انتقال آب به سمت تونل انتقال آب سد دوستی و سپس شهر مشهد می‌باشد.

با بررسی تحقیقات پیشین انجام شده، مشخص می‌گرد که مطالعات محدودی در زمینه بررسی کمی تخصیص آب از محل سدهای چهچهه و قره‌تیکان به شهر مشهد صورت گرفته است. اگرچه اشاراتی در این دست از مطالعات به اهمیت انجام این طرح باتوجه به چالش‌های پیش‌رو مدیریت منابع آب استان شده است. به‌عنوان مثال، در مطالعه Ghandehari et al., (2018) به چالش‌ها و فرصت‌هاي طرح‌هاي تامین آب مشهد پرداخته و روشی جهت ارزیابی خطر کردن ارائه شده است. مطابق با نتایج بدست آمده گزینه‌ي انتقال آب از کوه‌هاي هزار مسجد (منطقه قرارگیری سدهای قره‌تیکان و چهچهه)، به دلیل نحوه و فصل انتقال آب در ماه‌هاي سرد و به دلیل قرار داشتن در داخل کشور داراي کمترین میزان خطر کردن بدست آورده شده و از آن به‌عنوان مناسب‌ترین گزینه یاد شده است. در تحقیق دیگری Moshfegh et al., (2019) به بررسی سه دکترین مختلف تسهیم آب‌های مرزی در قالب ایجاد سناریوهای مرتبط با آن‌ها پرداخته است. نتایج این مطالعه که متاثر از ساخت سد سلما (افغانستان) بر ورودی سد دوستی و درنتیجه تامین آب شهر مشهد می‌باشد، سناریو دکترین تمامیت ارضی محدود شده را به‌عنوان مناسب‌ترین گزینه برای سه کشور افغانستان، ترکمنستان و ایران (شهر مشهد) معرفی نموده است. علاوه بر آن، در مطالعه Nazari Mejdar et al., (2019) با معرفی چالش‌های محتمل در خصوص آب‌های مرزی شرق ایران و تامین آب شرب مشهد، به تامین منابع آب با اطمینان‌پذیری بیشتری تاکید شده است.

بررسی نکات و مطالعات اشاره شده در فوق نشان می‌دهد در خصوص تامین آب شرب شهر مشهد از محل ارتفاعات هزارمسجد و به‌طور خاص سدهای چهچهه و قره‌تیکان مطالعات جامع و کمی صورت نگرفته است. به‌عبارت بهتر، در تحقیقات پیشین صرفا به اولویت‌بندی راهبردهای انتقال آب و چالش‌های اقلیمی-سیاسی توجه شده است. بدین‌منظور، در مطالعه حاضر سعی شده است تا با ارائه رویکرد کمی و استفاده از ابزار مدلسازی تخصیص آب به بررسی تامین آب شرب شهر مشهد در محل دو سد فوق‌الذکر پرداخته شود. نکته قابل توجه در نوآوری این تحقیق دخیل‌کردن و کمی‌سازی معاهده آبی میان دو کشور ترکمنستان و ایران در تعامل با سایر مولفه‌های مدلسازی تخصیص آب مانند نیازهای زیست‌محیطی و کشاورزی محدوده مورد مطالعه می‌باشد. موردی که در تحقیقات قبلی انجام شده در این زمینه مغفول مانده است. بدین‌منظور، ابتدا به ارزیابی تغییرات تخصیص آب از محل این دو سد با درنظرگرفتن نیازهای شرب، کشاورزی، زیست‌محطی و معاهده آبی میان ایران و ترکمنستان با استفاده از مدل تخصیص آب WEAP پرداخته خواهد شد. سپس در مرحله دوم ارزیابی تامین نیازهای فوق‌الذکر با استفاده از شاخص درصد تامین‌شدگی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.  

 

مواد و روش­ها

منطقه مورد مطالعه در شمال استان خراسان رضوي قرار دارد. اين منطقه عمدتاً کوهستاني (از سد ابيورد تا منطقه کلات) و تپه‌ماهوري و دشت (از منطقه قره‌تيکان تا تونل سد دوستي) است و مرتفع‌ترين نقطه آن،‌ 3130 متر ارتفاع دارد. در اين منطقه رودخانه‌هايی از جمله پيرگن‌سو، لائين‌سو، ايده‌ليک، سيني‌سو، چرم‌سو، قره‌تيکان، چهچهه، چشمه‌شور، سه‌پنجه جريان دارد که در حاشيه بيشتر آن‌ها اراضي کشاورزي و باغات گسترش پيدا کرده‌اند. رودخانه‌هاي اصلي واقع در محدوده موردمطالعه در راستاي جنوب به شمال پس از مشروب نمودن اراضي كشاورزي از مرز کشور خارج و به کشور ترکمنستان وارد می‌شود. در شكل (1) موقعيت كلي منطقه طرح نشان داده ‌شده است.

 

img0 

شکل 1- موقعیت محدوده مورد مطالعه به همراه جانمایی ایستگاه‌های هیدرومتری منتخب و سدهای حوضه‌آبریز

 

رودخانه قره‌تيكان از دو شاخه به نام‌هاي قره‌تيكان و كال شور تشكيل شده است. اين رودخانه از ارتفاعات 2000 تا 2500 متري كوه‌هاي هزارمسجد سرچشمه مي‌گيرد.  محل سد مخزني قره‌تيكان در نزديكي محل الحاق دوشاخاب طرقطي و قلعه نو و در فاصله 47 كيلومتر از سرشاخه آن بر روي اين رودخانه واقع گرديده است. رودخانه قره‌تيكان پس از دريافت شاخه كال شور و ديگر مسيل‌ها و آبراهه‌هاي غربي وارد خاك تركمنستان شده و آورد خود را نهايتاً به شوره زار يوغاز تخليه مي‌نمايد .بر روي اين رودخانه يك ايستگاه هيدرومتري به نام قره‌تيكان در نزديكي مرز ايران و تركمنستان احداث گرديده است. شاخه اصلي رودخانه چهچهه از ارتفاعات 2400 متري كوه‌هاي قره‌داغ و صندوق شكن كه اين كوه‌ها خود جزو رشته كوه‌هاي هزار مسجد مي باشند، سرچشمه گرفته و سپس وارد خاك تركمنستان و صحراي قره‌قوم شده وجريان‌هاي خود را به اين منطقه تخليه مي‌نمايد.

در این راستا، در جدول (1)، مهم‌ترین مشخصات فیزیکی سدهای چهچهه و قره‌تیکان ارائه شده است. همچنین مطابق با اطلاعات اخذ شده از شرکت آب‌منطقه‌ای خراسان رضوی، تغییرات آورد رودخانه در محل سدهای قره‌تیکان و چهچهه در شکل (2) همراه با میانگین متحرک 3 ساله و 5 ساله ارائه شده است که می‌تواند مبنایی جهت تعیین دوره‌های خشکسالی و ترسالی قرار گیرد. همچنین مطابق اطلاعات ارائه شده توسط شرکت آب منطقه­ای خراسان رضوی، مقادیر نیاز ماهانه اراضی کشاورزی پایین‌دست سدهای قره‌تیکان و چهچهه در جدول (2) ارائه شده است.

 

 

 

شکل 2- تغييرات سالانه آورد رودخانه در محل سد الف) قره‌تیکان و ب)چهچهه

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 1- برخی از مهم‌ترین مشخصات فیزیکی سدهاي قره‌تيکان و چهچهه

عنوان

سد قره‌تيکان

سد چهچهه

اهداف طرح

صنعت و کشاورزي

صنعت و کشاورزي

سال بهره‌برداری

1395

1394

نوع سد

سنگريزه اي با هسته رسي قائم

خاکي با هسته رسي

تراز نرمال (متر)

723

582

حجم مخزن در رقوم نرمال (م. م. م)

19

19.7

حجم مرده (م. م. م)

10

9

آورد ساليانه (م. م. م)

11.66

10

رقوم حداکثر تراز آب (متر)

726

584.5

وسعت درياچه در تراز نرمال (هکتار)

148.5

145

حداقل تراز بهره برداري (متر)

718

574

نوع سرريز

آزاد

آزاد (دريچه دار)

ظرفيت سرريز (مترمکعب بر ثانيه)

743

942

 

 

جدول 2- مقادیر نیاز ماهانه کشاورزی در اراضی پایین‌دست سدهای مورد مطالعه (میلیون مترمکعب)

 

سالانه

مهر

آبان

آذر

دي

بهمن

اسفند

فروردين

ارديبهشت

خرداد

تير

مرداد

شهريور

نام سد

10/4

16/0

06/0

0

0

0

0

51/0

92/0

77/0

61/0

65/0

42/0

قره‌تيکان

49/3

13/0

03/0

0

0

0

04/0

24/0

61/0

55/0

68/0

75/0

46/0

چهچهه

 

ارزیابی وضعیت حوضه‌آبریز در محدوده طرح در چهار مرحله صورت خواهد گرفت. در این راستا ابتدا با استفاده از روش‌های متداول آماری، کمی‌سازی معاهده میان ایران و ترکمنستان و ارزیابی حداقل جریان زیست‌محیطی به ارزیابی وضعیت پایه محدوده مورد مطالعه پرداخته خواهدشد. سپس پس از معرفی اطلاعات ورودی به مدل شبیه‌سازی، با استفاده از مدل بهینه‌سازی مبتنی بر تخصیص آب WEAP و تعریف سناریوهای شبیه‌سازی به ارزیابی تغییرات تخصیص آب پرداخته خواهد شد. در مرحله آخر با استفاده از شاخص‌ درصد تامین‌شدگی تغییرات تامین نیازهای تعریف شده از جمله کشاوری، شرب و زیست‌محیطی تحت هرسناریو ارائه خواهد گردید. بدین‌منظور روش‌شناسی مطالعه باتوجه به شکل (3) صورت خواهد گرفت.

 

img0 

شکل 3- مراحل انجام تحقیق در پژوهش حاضر

 

مدلسازی سامانه‌های منابع آب با استفاده از مدل WEAP

سيستم ارزيابي و برنامه‌ريزي منابع آب (WEAP) در سال 1988 توسط مرکز مؤسسه محيط زيست استکهلم، مؤسسه پژوهشي توسعه يافت. اين مدل قابليت شبيه‌سازي حالات و سناريوهاي مختلف توسعه را دارا مي‌باشد. در WEAP دوره شبيه‌سازي در برش‌هاي زماني متفاوت از جمله ماهانه در نظر گرفته مي‌شود و روابط سطح-حجم-ارتفاع مخزن سد، نيازهاي شرب وکشاورزي موردنظر، نیازهای زیست‌محیطی و همچنين سري زماني آبدهي ورودي به مخزن، ارتفاع تبخير از سطح مخزن و عواملي نظير نشت از مخزن، به عنوان اطلاعات ورودي در نظر گرفته مي‌شود (Yates et al., 2005). مواردی که در این مطالعه نیز به مدل معرفی شده است.

از سویی دیگر، مدل WEAP از يک مدل برنامه‌ريزي خطي استاندارد براي حل مسائل تخصيص آب در هرگام زماني استفاده مي‌کند که تابع هدف آن حداکثر کردن درصد تامين نيازهاي مراکز تقاضا با توجه به اولويت عرضه و تضاضا، تعادل جرمي و ساير قيود است. تمامي قيود به‌طور متناوب براي هر گام زماني و باتوجه به اولويت عرضه و تقاضا تعريف مي‌شود. WEAP در هرگام زماني معادله تعادل جرمي آب را براي هر گره و شاخه محاسبه مي‌کند با اين فرض که عملکرد اجزا سيستم به جز در مخازن و رطوبت خاک در هر گام زماني مستقل از کام‌هاي ديگر است. گام‌هاي زماني باتوجه به وسعت حوضه مي‌تواند کوچک (روزانه، 10 روزه) يا بزرگ (ماهانه يا بيشتر) درنظر گرفته شود (Mehrparvar et al., 2020).

در تعريف مطالعه، چارچوب زماني، مرزهاي مکاني، اجزاي سيستم و تنظيمات مسئله انجام مي‌شود. وضع موجود که از آن مي‌توان به عنوان گام واسنجي مدل در شرايط توسعه استفاده کرد، يک تصوير کلي از نيازهاي آبي واقعي، منابع و تامين سيستم را نشان مي‌دهد. در شرايط موجود، فرضيات کليدي براي بيان سياست‌ها، هزينه‌ها و عواملي که برنيازها و تامين هيدرولوژي موثرند، تعريف مي‌شود. سناريوها در شرايط موجود ساخته مي‌شوند و با استفاده از آن‌ها مي‌توان سياست‌هاي مختلف را بر ميزان دسترسي و مصرف آب در آينده بررسي کرد (Salehpoor et al., 2018).

 

تعیین نیاز زیست‌محیطی با استفاده از روش مونتانا

روش مونتانا یا تنانت جهت برآورد حداقل نیاز زیست‌محیطی رودخانه‌ها، برپایه مطالعات انجام‌شده در ایلات مرکزی آمریکا با برقراری رابط بین جریان رودخانه و حفظ طبیعت حاشیه رودخانه توسعه داده شده است. بدین معنی که هدف اصلی، حفظ شرایط زیستی ماهیان رودخانه بوده است (Tennant, 1976). در اين روش درصد مشخصي از 10 تا 30 درصد متوسط آورد سالانه رودخانه به عنوان دبي زيست محيطي استفاده مي‌شود. طبق ابلاغيه وزارت نيرو به تفکيک براي فصل‌هاي بهار و تابستان ضريب 0.3 (30 درصد) و براي فصل‌هاي پاييز و زمستان ضريب 0.1 (10 درصد) لحاظ گرديده و به مدل معرفی می‌گردد.

 

پروتکل مرزی مشترک آبی میان ایران وترکمنستان

رودخانه‌هاي قره‌تيکان و چهچهه داراي پروتکل رودخانه‌هاي مرزي و مشترک. مطابق با ماده چهارم پروتكل موجود كه در ٢٦ فوريه ١٩٢١ بين ايران و اتحاد جماهير شوروي به امضاء رسيده است، تمام آب رودخانه چهچهه و قره‌تيکان با آب‌هاي شعب آن به دو قسمت مساوي تقسيم خواهد شد كه يك قسمت آن براي ايران و قسمت ديگر آن به خاك جماهير شوروي (سابق) جاري خواهد گرديد. مأموران فني طرفين متعاهدتين مقدار آب رود چهچهه و قره‌تيکان را در خط سرحد و در كليه نهرهائي‌كه از رود چهچهه و قره‌تيکان در خاك ايران از خط سرحد تا محل تلاقي آب گرم با آبخور ( نزديك قريه اميرآباد) و ده ورست جدا مي‌شود، معين خواهند كرد. كليه مقدار آبي كه در نتيجه تعيين مذكور حاصل مي‌شود، مقدار آبي است كه بايد به دو قسمت مساوي تقسيم گردد. بر اين اساس و متناسب با برآورد آبدهي هرکدام از رودخانه‌ها در دوره هيدرولوژيک مشخص شده در اين مطالعات، فرض شده که 50 درصد منابع آب موجود بايد به عنوان حقابه ترکمنستان، مورد نظر قرار گيرد.

همان‌طور که اشاره گردید، برآورد جریان زیست‌محیطی و پایداری رودخانه در پایین‌دست سدهای قره‌تیکان و چهچهه با استفاده از روش مونتانا برآورد گردید. روش مونتانا از جمله روش‌هاي هيدرولوژيکي است که بر اساس کيفيت قابل قبول تا خوب حيات ماهي در رودخانه، دبي رودخانه در فصول مختلف سال را برآورد مي‌کند.

در اين روش درصد مشخصي از 10 تا 30 درصد متوسط آورد سالانه رودخانه به عنوان دبي زيست محيطي استفاده مي‌شود. طبق ابلاغيه وزارت نيرو به تفکيک براي فصل هاي بهار و تابستان ضريب 0.3 (30 درصد) و براي فصل هاي پاييز و زمستان ضريب 0.1 (10 درصد) لحاظ گرديده و نتایج در جدول (3) ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 3- متوسط ماهانه نیاز زیست‌محیطی در پایین‌دست سدهای چهچهه و قره‌تیکان

 

سالانه

(m3)

حجم (MCM)

مهر

آبان

آذر

دي

بهمن

اسفند

فروردين

ارديبهشت

خرداد

تير

مرداد

شهريور

محل

نام سد

176/0

54/5

051/0

047/0

053/0

043/0

051/0

078/0

454/0

377/0

194/0

024/0

020/0

071/0

سرشاخه تا سد

قره‌تيکان

093/0

93/2

011/0

015/0

019/0

026/0

028/0

038/0

213/0

231/0

129/0

045/0

039/0

039/0

سد تا مرز

160/0

05/5

017/0

040/0

060/0

064/0

058/0

084/0

468/0

348/0

096/0

017/0

007/0

019/0

سرشاخه تا سد

چهچهه

087/0

74/2

009/0

014/0

018/0

027/0

028/0

038/0

198/0

213/0

087/0

051/0

051/0

036/0

سد تا مرز

 

 

 

 

کمی‌سازی پروتکل مرزی مشترک میان ایران و ترکمنستان

علاوه بر نياز زيست محيطي سدها، حقابه ترکمنستان نيز از پتانسيل آبي اين محدوده بايد مورد نظر قرار گيرد. بر اين اساس و متناسب با برآورد آبدهي هرکدام از رودخانه‌ها در دوره هيدرولوژيک مشخص شده در اين مطالعات، فرض شده که 50 درصد منابع آب موجود بايد به عنوان حقابه ترکمنستان، مورد نظر قرار گيرد. جدول (4) مقادير ماهانه حقابه ترکمنستان مبتني بر شرايط آبدهي موجود و احتساب سهم 50 درصدي آن را نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 4- متوسط ماهانه حقابه مرزی ترکمنستان در رودخانه‌های چهچهه و قره‌تیکان

 

سالانه

(m3)

حجم (MCM)

مهر

آبان

آذر

دي

بهمن

اسفند

فروردين

ارديبهشت

خرداد

تير

مرداد

شهريور

محل

نام سد

293/0

23/9

253/0

234/0

263/0

217/0

253/0

391/0

757/0

629/0

324/0

041/0

033/0

119/0

سرشاخه تا سد

قره‌تيکان

155/0

88/4

055/0

075/0

095/0

13/0

14/0

19/0

355/0

385/0

215/0

075/0

065/0

065/0

سد تا مرز

267/0

42/8

087/0

201/0

302/0

318/0

289/0

418/0

780/0

580/0

161/0

029/0

012/0

031/0

سرشاخه تا سد

چهچهه

145/0

57/4

045/0

07/0

09/0

135/0

14/0

19/0

33/0

355/0

145/0

085/0

085/0

06/0

سد تا مرز

 

 

نتایج

- ارزیابی سناریوها و نتایج مدیریت تخصیص منابع آب با استفاده از مدل WEAP

همان‌طور که اشاره گرديد، مدل WEAP براي مدل‌سازي حوضه از يك ساختار شبكه گره – كمان استفاده مي‌كند. در اين طرح براي مدلسازي محدوده مورد مطالعه از گره‌هاي مختلف نظير سايت‌هاي تقاضاي شرب و کشاورزي، نياز زيست محيطي، ايستگاه‌هاي آب‌سنجي وكمانهاي مختلف شامل شبکه انتقال آب از منابع عرضه آب به سابت‌هاي تقاضا، شبکه برگشت آب، بازه‌هاي مختلف رودخانه استفاده شده است. شکل (4) اجزاي مدل را به صورت شماتيك در حوضه مورد مطالعه در محيط گوگل ارث نشان مي‌دهد.

در مطالعه حاضر سال 1997 ميلادي (1375-76) به عنوان سال پايه انتخاب شد و دوره آماري 24 ساله براي انجام شبيه‌سازي‌ها، يعني 1998 تا 2020 انتخاب گرديد. لازم به ذکر است، شروع سال آبي از ماه اکتبر به مدل معرفي گرديد. بنابراين ورود اطلاعات در سال پايه از اکتبر 1996 تا سپتامبر 1997 خواهد بود. لذا دبي رودخانه‌هاي چهچهه و قره تيکان؛ که در ايستگاه‌هايي با همين نام ثبت شده است، همراه با ساير اطلاعات مطابق با فرمت مورد نياز مدل به آن‌ معرفي گرديد. 

img0 

شکل 4- شماتیک اجزای مدل WEAP در محیط گوگل‌ارث

يکي از معيارهاي سنجش نتايج بدست آمده در هر يک از سناريوها، جواب‌هاي مربوط به سناريوي وضع موجود است. در این سناریو راندمان آبياري اراضي کشاورزي 30 درصد و سطوح زيرکشت و سايت‌هاي نياز مطابق موارد ارائه‌شده در بخش‌های قبل مي‌باشد. همچنين در اين سناريو انتقال آب از دو رودخانه مورد بررسي درنظر گرفته نشده است. در اين مورد سناريو نيازهاي زيست محيطي و حقابه محاسبه شده از سد تا خروجي به‌عنوان سناريو مرجع (Reference) درنظر گرفته شد.

 

 

جدول 5- سناریوهای شبیه‌سازی تخصیص آب در محدوده مورد مطالعه

شماره سناریو

نام سناریو

توضیحات

S1

مرجع

در این سناریو که حالت مرجع مدلسازی می‌باشد، نیاز زیست‌محیطی و حقابه مرزی مشترک از محل سد تا خروجی محاسبه و وارد مدل شبیه‌سازی شده است.

S2

خط انتقال آب

در این سناریو، که بازتولیدی از حالت مرجع می‌باشد، گره نیاز آب شرب شهر مشهد از محل دو سد چهچهه و قره‌تیکان وارد مدلسازی شده است.

S3

توسعه کشاورزی

در این سناریو، باتوجه به شرایط محدوده مطالعاتی و برنامه‌های توسعه آتی، افزایش 20 درصدی نیاز کشاوزی از طریق توسعه سطح زیرکشت توامان با خط انتقال آب شبیه‌سازی می‌شود.

 

 

بنابراين ساير سناريوها مطابق با سناريو مرجع توليد گرديد. در جدول (5) جزئيات هرکدام از سناريوها ارائه شده است. لازم بذکر است، بررسي نتايج هرکدام از سناريوها به تفکيک پيش و پس از بهره‌برداري از دو سد قره‌تيکان و چهچهه صورت گرفته است.

همچنین مطابق آخرین مصوبات در خصوص تخصیص و ظرفیت، حجم متوسط سالانه آب قابل انتقال از منابع آبی هزار مسجد در محل طرح‌های سد قره‌تیکان و چهچهه به ترتیب برابر 3 و 2 میلیون مترمکعب درنظر گرفته شده است. همچنین لازم بذکر است به‌دلیل عدم توسعه صنعت در محدوده موردمطالعه در دوره زمانی مورد بررسی این تحقیق، گره نیاز آن نیز درنظر گرفته نشده است. لذا عدم درنظرگرفتن نیاز این بخش ممکن است بر حجم قابل انتقال از سدهای فوق‌الذکر را تحت تاثیر قرار داده و مقداری از حداکثر میزان اعلام شده فراتر رود. به‌عبارت دیگر، افزایش سهم آب قابل انتقال بدست آمده از نتایج شبیه‌سازی را می‌توان به عدم درنظرگرفتن گره نیاز آب صنعت ربط داده شود. در این راستا، نتایج هرکدام از سناریوها، مورد تحلیل قرار خواهد گرفت. 

 

-نتایج مربوط به سناریو شماره 1

در اين سناريو ادامه وضع موجود بدون هيچ گونه اعمال مديريت در عرضه و تقاضاي آب است شکل (5) و جدول (6). همان‌طور که در اشکال (5) مشاهده مي‌گردد، ميزان جريانات ورودي يا تامين نيازهاي پايين‌دست سد چهچهه و قره‌تیکان در بازه‌هاي زماني پيش و پس از ساخت سد متفاوت از يکديگر بدست آمده است. به‌عبارت ديگر، پس از ساخت سد تامين نياز اراضي کشاورزي پايين دست که داراي نياز 5/3 و 1/4 ميليون مترمکعب در سال (به ترتیب برای چهچهه و قره‌تیکان) مي‌باشد، با درصد بيشتري تامين شده است. علت آن نيز مربوط به ماهيت کارکرد سد در ذخيره آب در بازه‌هاي ترسالي و رهاسازي آن در دوران خشکسالي مي‌باشد. مطابق با جدول (5) نیز مشاهده می‌گردد، تامین نیاز زیست‌محیطی رودخانه و همچنین پروتکل مشترک مرزی در شرایط پیش و پس از احداث مخازن چهچهه و قره‌تیکان، تفاوت محسوسی با یکدیگر دارند. در برخی موارد ملاحظه می‌گردد که با احداث سد درصد تامین نیازهای فوق بیشتر نیز شده است. از سویی دیگر مشخص است که احداث سد بر روی رودخانه تاثیر منفی بر تامین جریان‌های زیست‌محیطی و پروتکل مرزی مشترک نداشته است.

-       نتایج مربوط به سناریو شماره 2

سناریو شماره 2 با درنظرگیری خط انتقال آب شرب مشهد از دو سد چهچهه و قره‌تیکان شبیه‌سازی می‌گردد. در مدل لازم است با درنظرگرفتن گره شرب برای هر دو سد، میزان نیاز مشخص نیز برای آن وارد شود. برای هر دو سد یک گره نیاز شرب با نیاز اولیه سالانه 10 میلیون مترمکعب در نظرگرفته شد. البته همان‌طور که پیش‌تر اشاره گردید حجم متوسط سالانه آب قابل انتقال از منابع سد قره‌تیکان و چهچهه به ترتیب برابر 3 و 2 میلیون مترمکعب می‌باشد. بنابراین اعمال نیاز 10 میلیون مترمکعبی برای این گره صرفا جهت ارزیابی افزایش حجم آب قابل انتقال می‌باشد. نتایج مربوط به این سناریو در شکل (7) و جدول (6) ارائه شده است.

مطابق با شکل (6) تامین نیاز کشاورزی محدوده رودخانه چهچهه در سال‌های پیش و پس از بهره‌برداری از سد در سناریو شماره 2 به لحاظ قابل قبولی تامین شده است. در برش زمانی ماهانه، پیش از بهره‌برداری از سد، متوسط حدود 60 درصد و پس از بهره‌برداری از سد، متوسط حدود 80 درصد از نیازهای این گره تامین شده است. در خصوص محدوده سد قره‌تیکان نیز پیش از بهره‌برداری از سد، متوسط حدود 71 درصد و پس از بهره‌برداری از سد، متوسط حدود 76 درصد از نیازهای این گره تامین شده است. درصد قابل قبولی از نیاز زیست‌محیطی و حقابه‌های مرزی هر دو رودخانه در برش‌های زمانی پیش و پس از بهره‌برداری از سدها در سناریو شماره 2 تامین شده است (مقایسه با جدول 3 و 4). به عبارت دیگر، پیش از بهره‌برداری سدها به‌ترتیب حدود 75، 91، 72 و 87 درصد نیاز زیست‌محیطی چهچهه، قره‌تیکان، حقابه مرزی چهچهه و قره‌تیکان تامین شده است. این مقادیر پس از بهره‌برداری از سدها به ترتیب حدود 84، 81، 83 و 79 درصد شبیه‌سازی شده است.

نتایج مربوط به سناریو شماره 3

در این سناریو، به بررسی اثر نیاز آبی اراضی کشاورزی پایین‌دست سدهای مورد مطالعه این طرح بر سایر نیازهای تعریف شده از جمله زیست‌محیطی، حقابه‌های مرزی و خط انتقال آب شرب مشهد می‌باشد. همان‌طور که در قسمت‌های پیشین بدان اشاره گردید، میزان نیاز آبی سالیانه اراضی کشاورزی رودخانه‌های چهچهه و قره‌تیکان برابر با 48/3 و 09/4 میلیون مترمکعب می‌باشد. در این سناریو فرض می‌گردد، 20 درصد از نیاز آبی تعریف شده برای گره‌های کشاورزی، افزایش یابد. به عبارت دیگر، هدف از این سناریو، تاثیر افزایش تامین نیاز کشاورزی بر میزان تخصیصی خط انتقال آب شرب مشهد از دو سد مورد مطالعه می‌باشد. در این راستا، با توضیحات ارائه‌شده، سعی می‌گردد در ادامه مشابه قسمت‌های قبل به ارائه نتایج حاصل از شبیه‌سازی در این سناریو پرداخته شود. بدین منظور نتایج مربوط به این سناریو، در جدول (8) و شکل (7) ارائه شده است.

مطابق با نتایج ارائه‌شده در فوق، ملاحظه می‌گردد میزان جریانات ورودی در اثر افزایش نیاز کشاورزی نسبت به سناریوهای پیشین افزایش یافته است. از سوی دیگر، متوسط درصد تامین نیاز کشاورزی چهچهه و قره‌تیکان پیش از بهره‌برداری از سدها در سناریو شماره 3 به ترتیب حدود 60 و 70 درصد می‌باشد. همچنین این مقادیر برای دوره زمانی پس از بهره‌برداری از سدها به ترتیب برابر با 70 و 75 درصد می‌باشد. نتایج مربوط به تغییرات نیازهای زیست‌محیطی و حقابه‌های مرزی مشابه با سناریو قبل بوده و جهت عدم تکرار نتایج، ارائه نمی‌گردد. یکی از علل این اتفاق، اولویت تامین بالاتر آن‌ها نسبت به سایر نیازها می‌باشد.

از سویی دیگر، مطابق با انتظار، در این سناریو، میزان آب تحویلی به خطوط انتقال آب شرب از هر دو سد، هم به لحاظ میانگین و هم جمع مقادیر، در هر دو برش زمانی بررسی شده، نسبت به سناریو شماره پیشین کاهش یافته است. به عبارت دیگر، افزایش تامین نیاز کشاورزی سبب کاهش حجم آب تحویلی به خطوط انتقال آب شده است. بنابراین در صورتی‌که در سالهای ترسالی، اقدام به افزایش بارگذاری سدهای مورد مطالعه گردد و نیاز کشاورزی صرفا به میزان 20 درصد در جهت توسعه سطح زیرکشت، افزایش پیدا کند، جریان تحویلی به خط انتقال شرب چهچهه-مشهد و خط انتقال قره تیکان مشهد به ترتیب 17 و 11 درصد نسبت به سناریوی سوم کاهش می‌یابد. بنابراین باید در نظر داشت تا در طی سال‌های ترسالی نیز هیچگونه بارگذاری اضافی نسبت به سناریوی 3 درنظر گرفته نشود تا تامین پایدار آب شرب شهر مشهد از طریق دو سد، صورت گیرد.

از سویی دیگر، مطابق با جدول (7) ملاحظه می‌گردد که متوسط حجم تحویلی توسط هر دو سد به محل خط انتقال آب، در محدوده حجم قابل انتقال می‌باشد. به‌عبارت دیگر، نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد، انتقال آب در این سناریو مطابق با حدآستانه ذکر شده عملی و امکان‌پذیر می‌باشد. لازم بذکر است، سال بهره‌برداری سدهای چهچهه و قره‌تیکان به ترتیب 2015 و 2016 می‌باشد.

img0 

(الف) جریانات گره کشاورزی چهچهه پیش از ساخت سد

img0 

(ج) جریانات گره کشاورزی چهچهه پس از ساخت سد

img0 

(ه) جریانات گره کشاورزی قره‌تیکان پیش از ساخت سد

img0 

(ب) جریانات گره کشاورزی قره‌تیکان پس از ساخت سد

img0 

(د) مقایسه درصد تامین نیاز کشاورزی چهچهه پیش و پس از احداث سد

img0 

(و) مقایسه درصد تامین نیاز کشاورزی قره تیکان پیش و پس از احداث سد

 

شکل 5- تغییرات تخصیص آب و شاخص تامین‌شدگی آن در گره کشاورزی سدهای مورد مطالعه به تفکیک پیش و پس از احداث سد در سناریو شماره 1

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 6- درصد تامین حقابه زیست محیطی و پروتکل مرزی به تفکیک احداث سد در سناریو شماره 1

 

نیاز زیست محیطی رودخانه

حقابه مرزی مشترک میان ایران و ترکمنستان

ماه

قبل از

سد چهچهه

پس از

سد چهچهه

پيش از

سد قره‌تيکان

پس از

سد قره‌تيکان

قبل از

سد چهچهه

پس از

سد چهچهه

پيش از

سد قره‌تيکان

پس از

سد قره‌تيکان

Oct

3/83

22/70

73/94

50/80

75/78

29/67

72/90

10/80

Nov

100

81/69

100

63/80

50/96

25/67

100

12/80

Dec

100

95/69

100

26/80

100

32/67

100

05/80

Jan

100

73/68

100

11/80

100

06/67

100

02/80

Feb

100

98/67

100

43/80

100

93/66

100

08/80

Mar

100

55/67

100

23/80

01/98

84/66

100

04/80

Apr

81/91

43/83

13/98

16/80

39/87

39/83

58/94

09/80

May

16/81

100

16/89

100

70/78

100

17/87

100

Jun

12/77

100

71/85

100

74

100

29/81

100

Jul

88/38

100

80/78

100

32/32

100

05/64

100

Aug

44/19

03/84

96/73

100

84/17

75/83

73/62

100

Sep

88/38

01/84

34/80

100

71/36

74/83

94/70

100

 

 

 

 

 

img0 

img0 

(الف) درصد تامین نیاز کشاورزی چهچهه پیش و پس از احداث سد

(ب) درصد تامین نیاز کشاورزی قره‌تیکان پیش و پس از احداث سد

img0 

img0 

(ج) میزان حجم جریان تامین شده حقابه زیست‌محیطی رودخانه‌ها و پروتکل مرزی مشترک پیش از احداث سدها

(د) میزان حجم جریان تامین شده حقابه زیست‌محیطی رودخانه‌ها و پروتکل مرزی مشترک پس از احداث سدها

 

شکل6- تغییرات تخصیص گره کشاورزی و حجم جریان تامین شده نیاز زیست‌محیطی و پروتکل مرزی در سناریو

 

جدول 7- مقادير آب تحویلی به خط انتقال آب شرب مشهد در سناریو شماره 2

سال

حجم تحویلی به خط انتقال شرب چهچهه-مشهد

(میلیون مترمکعب)

حجم تحویلی به خط انتقال شرب قره‌تیکان-مشهد

(میلیون مترمکعب)

2015

84/0

50/3

2016

48/3

55/1

2017

49/3

88/2

2018

09/3

12/3

2019

50/3

50/3

2020

49/3

48/3

متوسط

98/2

3

 

جدول 8- مقادير جريانات ورودي و خروجي به گره کشاورزي چهچهه و قره‌تیکان در سناريو3 

 

وضعیت

سال

ورودي از رودخانه

چچهچه

(MCM)

ورودي از رودخانه

قره‌تیکان

(MCM)

ميزان مصرف کل از دو رودخانه

(MCM)

بازگشتي به رودخانه

چهچهه

(MCM)

بازگشتي به رودخانه

قره‌تیکان

(MCM)

پیش

از

بهره‌برداری

از سدها

1997

89/1

97/2

46/1

32/1

08/2

1998

29/2

72/4

1/2

60/1

31/3

1999

26/1

73/2

19/1

88/0

91/1

2000

52/0

17/1

51/0

37/0

81/0

2001

48/0

26/0

22/0

33/0

18/0

2002

03/2

3

51/1

42/1

1/2

2003

26/2

16/3

62/1

58/1

21/2

2004

26/1

41/2

10/1

88/0

68/1

2005

42/1

20/3

38/1

99/0

24/2

2006

08/0

29/1

41/0

05/0

9/0

2007

37/0

1

41/0

26/0

70/0

2008

07/0

18/1

37/0

05/0

83/0

2009

15/2

35/3

65/1

51/1

34/2

2010

53/2

79/1

30/1

77/1

25/1

2011

31/1

88/2

25/1

91/0

01/2

2012

23/1

07/3

29/1

86/0

15/2

2013

48/1

17/2

09/1

03/1

52/1

2014

68/1

85/2

36/1

17/1

2

پس

از

بهره‌برداری

از سدها

2015

06/1

عدم بهره‌برداری

03/1

74/0

66/1

2016

95/3

09/2

81/1

76/2

46/1

2017

64/3

72/1

61/1

55/2

21/1

2018

04/1

36/1

72/0

73/0

95/0

2019

04/4

92/4

68/2

82/2

44/3

2020

19/4

92/4

73/2

93/2

44/3

 

 

 

شکل7- میزان آب تحویل‌ داده شده به خط انتقال آب شرب مشهد در سناریو شماره 3

 بحث و نتیجه­گیری

موضوع احداث سد بر روي رودخانه هريرود در کشور افغانستان نيز از چالش‌هاي بسيار مهم براي تامين آب شرب مشهد تلقي مي‌شود. در این راستا، يکي از راه‌هاي پيشنهادي براي جبران بخشي از کسري آب مورد نياز شرب و بهداشت شهر مشهد، انتقال آب از منابع آب‌هاي سطحي حوضه‌آبريز قره قوم واقع در يال شمالي کوه‌هاي هزار مسجد است. به‌عنوان بخشی از مهم‌ترین این طرح‌ها، طرح انتقال آب از سدهای چهچهه و قره‌تیکان با احداث سازه‌های آبگیر در پایین‌دست این سدها و انتقال آب به سمت تونل انتقال آب سد دوستی و سپس شهر مشهد می‌باشد. بدین‌منظور، در این مطالعه ابتدا به ارزیابی تغییرات تخصیص آب از محل این دو سد با درنظرگرفتن نیازهای شرب، کشاورزی، زیست‌محطی و معاهده آبی میان ایران و ترکمنستان با استفاده از مدل تخصیص آب WEAP پرداخته خواهد شد. سپس در مرحله دوم ارزیابی تامین نیازهای فوق‌الذکر با استفاده از درصد تامین‌شدگی مورد بررسی قرار گرفت.

مطابق با نتایج بدست آمده از این تحقیق تحت سناریوهای مورد بررسی و دو برش زمانی پیش و پس از بهره‌برداری از سدها، تامین نیازهای کشاورزی، زیست‌محیطی، پروتکل مرزی و خط انتقال آب شرب به خوبی انجام شده است. همچنین متوسط حجم تحویلی توسط هر دو سد به محل خط انتقال آب، در محدوده حجم قابل انتقال می‌باشد. به‌عبارت دیگر، نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد، انتقال آب مطابق با حدآستانه حجم قابل انتقال عملی و امکان‌پذیر می‌باشد.

از سویی دیگر، در سناریو شماره 3 (اعمال خط انتقال و افزایش 20 درصدی نیاز کشاورزی) آب تحویلی به خطوط انتقال آب شرب از هر دو سد کاهش داشته است. بنابراین در صورتی‌که در سال‌های ترسالی، اقدام به افزایش بارگذاری گردد و نیاز کشاورزی صرفا به میزان 20 درصد در جهت توسعه سطح زیرکشت، افزایش پیدا کند، جریان تحویلی به خط انتقال شرب چهچهه-مشهد و خط انتقال قره تیکان مشهد به ترتیب 17 و 11 درصد نسبت شرایط موجود کاهش می‌یابد. بنابراین باید در نظر داشت تا در طی سال‌های ترسالی نیز هیچونه بارگذاری اضافی نسبت شرایط موجود درنظر گرفته نشود تا تامین پایدار آب شرب شهر مشهد از طریق دو سد، صورت گیرد.

 

ملاحظات اخلاقی پیروی از اصول اخلاق پژوهش

همکاری مشارکت­کنندگان در تحقیق حاضر به صورت داوطلبانه و با رضایت آنان بوده است.

 

 

حامی مالی

هزینه­ تحقیق حاضر توسط نویسندگان مقاله تامین شده است.

 

مشارکت نویسندگان

 

تعارض منافع

بنابر اظهار نویسندگان، مقاله حاضر فاقد هرگونه تعارض منافع بوده است.

 

 

References

1.       Abrishamchi, A., Ebrahimian, A., Tajrishi, M., Mariño, M. A., & ASCE, H. M. (2005). Case study: application of multicriteria decision making to urban water supply. Journal of Water Resources Planning and Management, 132(4).

2.Amini, A., Javan, M., Eghbalzadeh, A., Ghasemi, M. An Assessment of Water Resources Management using The WEAP Model in The Gamasyab Watershed, The Province of Kermanshah, Iran. Water Resources Engineering, 2017; 10(32): 13-18.

2.       Arnell, N. W. (2004). Climate change and global water resources: SRES emissions and socio-economic scenarios. Global Environmental Change, 14(1), 31–52.

3.       Bessa Santos, R. M., Sanches Fernandes, L. F., Vitor Cortes, R. M., & Leal Pacheco, F. A. (2019). Development of a hydrologic and water allocation model to assess water availability in the Sabor River Basin (Portugal). International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(13), 2419.

4.       Butler, B. A., & Ford, R. G. (2018). Evaluating Relationships Between Total Dissolved Solids (TDS) and Total Suspended Solids (TSS) in a Mining-Influenced Watershed. Mine Water and the Environment, 37(1), 18–30. https://doi.org/10.1007/s10230-017-0484-y

5.       Council, N. R. (2005). Water conservation, reuse, and recycling: proceedings of an Iranian-American workshop. National Academies Press.

6. Davarpanah, A., Vahidnia, M. H. Optimal route finding of water transmission lines by comparing different MCDM methods and the least-cost path algorithm in a raster (Case study: from Ardak to Mashhad). Water Resources Engineering, 2022; 14(51): 39-56.

7.Davies, B. R., Thoms, M., & Meador, M. (1992). An assessment of the ecological impacts of inter basin water transfers, and their threats to river basin integrity and conservation. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 2(4), 325–349.

8. Fu, J., Zhong, P.-A., Xu, B., Zhu, F., Chen, J., & Li, J. (2021). Comparison of Transboundary Water Resources Allocation Models Based on Game Theory and Multi-Objective Optimization. Water, 13(10), 1421.

9. Ghandehari, A., davari, K., ghahraman, B. Risk Assessment of Mashhad Water Supply Projects and Priorities. Water Resources Engineering, 2018; 11(37): 71-86.

 

10. Goshime, D. W., Haile, A. T., Rientjes, T., Absi, R., Ledésert, B., & Siegfried, T. (2021). Implications of water abstraction on the interconnected Central Rift Valley Lakes sub-basin of Ethiopia using WEAP. Journal of Hydrology: Regional Studies, 38, 100969.

11. Gupta, J., & van der Zaag, P. (2008). Interbasin water transfers and integrated water resources management: Where engineering, science and politics interlock. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 33(1–2), 28–40.

12. Mehrparvar, M., Ahmadi, A., & Safavi, H. R. (2020). Resolving water allocation conflicts using WEAP simulation model and non-cooperative game theory. Simulation, 96(1), 17–30.

13.Moshfegh, A., Attari, J. Water resource planning based on the sovereignty doctrines in sharing of transboundary water resources. Iran-Water Resources Research, 2018; 14(4): 80-91.

14. Miller, O. L., Putman, A. L., Alder, J., Miller, M., Jones, D. K., & Wise, D. R. (2021). Changing climate drives future streamflow declines and challenges in meeting water demand across the southwestern United States. Journal of Hydrology X, 11, 100074.

15. Mwangi, O. (2007). Hydropolitics, ecocide and human security in Lesotho: a case study of the Lesotho Highlands Water project. Journal of Southern African Studies, 33(1), 3–17.

16. Nazari Mejdar, H., Moridi, A., Yazdi, J., KhazaiePoul, A. Sustainability Outlook of Domestic and Agricultural Demand of Dusti Dam Considering Climate change Scenarios and Impact of Salma Dam. Iran-Water Resources Research, 2019; 15(3): 17-32.

 

17. Notter, B., Hurni, H., Wiesmann, U., & Abbaspour, K. C. (2012). Modelling water provision as an ecosystem service in a large East African river basin. Hydrology and Earth System Sciences, 16(1), 69–86.

18. Salehpoor, J., Ashrafzadeh, A., & Moussavi, S. A. (2018). Water Resources Allocation Management in the Hablehroud Basin Using a Combination of the SWAT and WEAP Models. Iran-Water Resources Research, 14(3), 239–253. http://www.iwrr.ir/article_60704.html

19. Tennant, D. L. (1976). Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. Fisheries, 1(4), 6–10.

20. Yates, D., Sieber, J., Purkey, D., & Huber-Lee, A. (2005). WEAP21 A demand-, priority-, and preference-driven water planning model: part 1: model characteristics. Water International, 30(4), 487–500.

21. Zeng, Q., Qin, L., & Li, X. (2015). The potential impact of an inter-basin water transfer project on nutrients (nitrogen and phosphorous) and chlorophyll a of the receiving water system. Science of the Total Environment, 536, 675–686.

22. Zhang, L., Li, S., Loáiciga, H. A., Zhuang, Y., & Du, Y. (2015). Opportunities and challenges of interbasin water transfers: a literature review with bibliometric analysis. Scientometrics, 105(1), 279–294.

 


Related articles

The rights to this website are owned by the Raimag Press Management System.
Copyright © 2021-2024

Home| Login| About Us| Contact Us|
[فارسی] [العربية] [fa] [ar]