با کاهش حجم سیلاب میزان آلودگی کاهش پیدا نمی‌کند
همه ساله در نقاط مختلف جهان بر اثر وقوع سیلاب، خسارات جانی و مالی بسیاری به مردم وارد می‌شود. تغییرات کاربری اراضی، توسعه شهرنشینی، ساخت‌وسازهای غیراصولی، از بین بردن پوشش گیاهی و توسعه اراضی غیرقابل نفوذ در مناطق شهری از جمله عوامل مهم در وقوع سیلاب شهری هستند. سیلاب، علاوه بر خسارات مالی و جانی، مقادیر زیادی از آلاینده‌ها همچون انواع زباله، مواد نفتی و روغنی، فلزات سنگین و مواد سمی را حمل کرده و در نهایت به تخلیه‌گاه انتقال می‌دهد. یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش‌روی تصمیم‌گیران و برنامه‌ریزان چگونگی انتخاب ترکیب بهینه اقدامات نوین در مدیریت سیلاب است، به طوری که علاوه‌بر کنترل کیفیت و کمیت سیلاب، از حجم قابل ملاحظه رواناب نیز به عنوان یک نوع منبع تأمین آب در مصارف شهری استفاده شود.
در پژوهش انجام شده توسط دکتر سعید فرزین، دکتر حجت کرمی و حامد نوری بر یک منطقه مطالعاتی واقع در شمال شرقی شهر کرج در استان البرز که از جهت شمال به دامنه‌های جنوبی رشته کوه البرز و از جنوب به رودخانه کرج منتهی می‌شود؛ توسعه عملکرد روش‌های نوین با استفاده از بهینه‌سازی چند هدفه در کنترل رواناب شهری مورد بررسی قرار گرفت. رواناب حاصل از حوضه در نقطه انتهایی به این رودخانه سرازیر می‌شود. آلودگی ناشی از این رواناب‌ها می‌تواند از لحاظ زیست‌محیطی مخاطراتی را برای منطقه و پایین دست رودخانه که مصارف کشاورزی و غیر شرب دارد ایجاد کند. مساحت حوضه آبریز بیش از ۲۷۰ هکتار است. جهت بالا بردن دقت و صحت نتایج، بر اساس شبکه آبراهه‌های اصلی و فرعی و نقشه پستی و بلندی منطقه، حوضه به ۶۷ زیر حوضه تفکیک شده است.
در این تحقیق پس از بررسی داده‌های موردنیاز، جهت مدلسازی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی از نرم‌افزار SWMM( ابزاری برای مدلسازی مدیریت رواناب‌های سطحی شهری) استفاده شده است و مکان‌های مناسب جهت اجرای روش بهینه مدیریتی و روش‌های توسعه با حداقل اثرات جانبی (LID-BMP) در منطقه با توجه به نوع کاربری در سطح حوضه با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS(نرم‌افزاری در زمینه سیستم‌های اطلاعات مکانی) مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت و نهایتاً پنج نوع LID-BMP در حوضه مطالعاتی شامل حوضچه‌های نگهداشت آب، باغچه‌های باران زاد، ترانشه‌های نفوذ (بنا بر اعلام ویکیپدیا ترانشه به فرورفتگی‌های مصنوعی یا طبیعی در سطح زمین گفته می‌شود که ژرفای آنها از پهنایشان بیشتر و پهنای آنها از درازایشان بسیار کمتر است) روکش‌های نفوذپذیر و جوی باغچه‌ها انتخاب شد.
در ادامه، پس از تعریف توابع هدف و متغیرهای تصمیم‌گیری، از الگوریتم‌های فراتکاملی بهینه‌ساز ژنتیک چندهدفه با مرتب‌سازی نامغلوب جهت بهینه‌سازی در ترکیب نوع و مساحت LID-BMPها استفاده شده است.
داده‌های تهیه‌شده مربوط به مشخصات حوضه شهری شامل داده‌های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی است. در بحث مربوط به مشخصات توپوگرافی حوضه، شیب منطقه با توجه به مدل رقومی ارتفاع منطقه تهیه شده است. (مدل رقومی ارتفاع مدلی دیجیتال یا نمایشی سه‌بعدی از سطح زمین، ماه یا دیگر سیاره‌ها است که معمولاً برای نمایش ناهمواری‌های زمین و با استفاده از داده‌های ارتفاع از سطح دریا تهیه می‌شود). همچنین کاربری اراضی حوضه از نقشه سازمان فناوری و اطلاعات شهرداری کرج با دقت بالا تهیه شده است.
داده‌های هیدرولیکی که شامل شبکه اصلی و فرعی با ابعاد آن‌هاست توسط بازدیدهای آماری اندازه‌گیری شده است و به صورت پایگاه داده‌ای در نرم‌افزار ArcGIS ثبت شده است. داده‌های هیدرولوژیکی منحنی شدت-مدت- فراوانی بارش نیز با توجه به داده‌های بارش طی دوره‌های آماری موجود تهیه و در شبیه‌سازی استفاده شده است. برای استخراج مقادیر بارندگی از گام زمانی ۵ ثانیه و نرم افزار SSA استفاده شده است. جهت مدلسازی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی از شبیه‌ساز مدیریت، تحلیل و طراحی مرتبط با رواناب‌های سطحی در حوضه‌های شهری محصول اداره حفاظت از محیط‌زیست آمریکا استفاده شده است. همچنین به منظور تعیین مقادیر نفوذ، با توجه به داده‌های تهیه شده از سازمان فناوری اطلاعات و ارتباطات شهرداری کرج و هم‌خوانی این داده‌ها با روش هورتن، از این روش استفاده شده است.
توابع هدف این پژوهش کمینه‌سازی هزینه ساخت و اجرا و بهره‌برداری روش‌های نوین، کمینه‌سازی حجم آب‌گرفتگی در سطح حوضه بر حسب مترمکعب و کمینه‌سازی بار آلاینده‌ها در نقطه خروجی است.
با توجه به بررسی‌های صورت گرفته در این پژوهش بایستی اظهار کرد که عملکرد سازه‌های نوین کنترل کمیت و کیفیت سیلاب در حوضه‌های آبریز اغلب به صورت مجزا و بدون استفاده ترکیبی از سازه‌ها بررسی شده‌اند در حالی که ترکیب انواع سازه‌ها در کنار هم می‌تواند راه‌حل‌های مناسبی را به همراه داشته باشد.
در این بررسی مشاهده می‌شود که همیشه با کاهش حجم سیلاب، میزان آلودگی کاهش نمی‌یابد بلکه نوع و مساحت BMP ها می‌تواند این مقدار را تحت تأثیر قرار دهد.
با توجه به استفاده از پنج نوع روش بهینه مدیریتی و روش‌های توسعه با حداقل اثرات جانبی (LID-BMP) در حوضه مطالعاتی، عملکرد هر یک از این سازه‌ها در قالب پنج سناریو به طور جداگانه و مستقل در سطح حوضه مورد بررسی قرار گرفته است و در مجموع هفت سناریو تعریف شده است: ۱- حوضه بدون وجود هیچ سازه کنترل‌کننده (حالت پایه) ۲- اختصاص ۲۰ درصد مساحت هر یک از ۶۷ زیر حوضه به اجرای حوضچه‌های نگهداشت ۳- اختصاص ۲۰ درصد مساحت هر یک از ۶۷ زیر حوضه به اجرای باغچه‌های باران‌زاد ۴- اختصاص ۲۰ درصد مساحت هر یک از ۶۷ زیر حوضه به اجرای ترانشه‌های نفوذ ۵- اختصاص ۲۰ درصد مساحت هر یک از ۶۷ زیر حوضه به اجرای روکش‌های نفوذپذیر ۶- اختصاص ۲۰ درصد مساحت هر یک از ۶۷ زیر حوضه به اجرای جوی باغچه‌ها ۷- انتخاب یک جواب از جبهه پارتو (مرز پارتو یا جبهه پارتو یک مجموعه از انتخاب‌هایی است که کارایی پارتو هستند و کارایی پارتو حالتی از تخصیص منابع است که در آن امکان بهتر کردن وضعیت یک فرد بدون بدتر کردن وضعیت فردی دیگر وجود ندارد)
در واقع سناریو هفتم برای سنجش راه‌حل‌های ارائه شده توسط الگوریتم ژنتیک چندهدفه که مربوط به عملکرد ترکیب پنج نوع روش بهینه مدیریتی و روش‌های توسعه با حداقل اثرات جانبی است تعریف شده است.
نتایج بررسی هفت سناریو بالا و مقایسه آنها با یکدیگر بیانگر این است که استفاده از یک نوع روش بهینه مدیریتی (BMP) نسبت به ترکیب آنها در سطح حوضه، می‌تواند تنها در یکی از توابع هدف مناسب باشد و در هدف‌های دیگر عملکرد مناسبی ندارد. به طور مثال در مقایسه راهکار هفتم با راهکار پنجم از نظر کنترل و مهار کمیت و کیفیت سیلاب، این سناریو با ۲۷ درصد صرف هزینه کمتر از راهکار پنجم، عملکرد تقریباً یکسانی داشته است.
همچنین از مقایسه بین راهکارهای تعریف شده، در راهکار هفتم که یکی از جواب‌های انتخاب شده از جبهه پارتو است، برای هر یک از سه تابع هدف به طور همزمان، مقادیر مناسبی حاصل شد، در حالی که میزان مساحت اشغال شده توسط سازه‌ها در سطح حوضه مقداری کمتر از ۲۰ درصد حوضه بوده است. با اجرای این راهکار مقادیر کمیت و کیفیت سیلاب به ترتیب به میزان ۴۱ و ۲۳ درصد کاهش یافته است.
علاوه بر آن می‌توان نتیجه گرفت که لزوماً با کاهش حجم سیلاب، میزان آلودگی کاهش نمی‌یابد بلکه نوع و مساحت BMP ها می‌تواند این مقدار را تحت تأثیر قرار دهد.
در مورد آلودگی سربی، نوع خصوصیات و ترکیب BMPها در دفع و مهار این نوع آلودگی تأثیر به‌سزایی داشته است به طوری که نمی‌توان انتظار داشت که با صرف هزینه اضافی و انتخاب ترکیب‌های مختلف از انواع BMPها با سطح اشغال بیشتر، این آلودگی کاهش پیدا کند.
این پژوهش در شماره سه دوره ۱۴ فصل‌نامه علمی پژوهشی «تحقیقات منابع آب ایران» به چاپ رسیده است.
No tags for this post.
