دوره 15، شماره 1 - ( بهار و تابستان 1403 )
جلد 15 شماره 1 صفحات 28-14 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Jafari F, Moradi H, Bagheri A. (2024). River Discharge Changes in Eastern Watersheds of Mazandaran Province under the Impact of Climate Change. J Watershed Manage Res. 15(1), 14-28. doi:10.61186/jwmr.15.1.14
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1223-fa.html
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1223-fa.html
جعفری فائزه، مرادی حمید رضا، باقری علی. تغییرات دبی جریان حوزه های آبخیز شرق استان مازندران تحت تاثیر تغییر اقلیم پژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1403; 15 (1) :28-14 10.61186/jwmr.15.1.14
فائزه جعفری1، حمید رضا مرادی* 
2، علی باقری3
2، علی باقری3
1- گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران و گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران
2- گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران & گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران
3- گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران و گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2- گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران & گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران
3- گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران و گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده: (1141 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: تغییر اقلیم بهصورت مستقیم روی مؤلفههای هیدرولوژیک و منابع آبی تاثیرگذار است و جریان خروجی از حوضه را تحت تاثیر قرار میدهد. محاسبه میزان تغییرات احتمالی در مقادیر بارش و رواناب نقش مهمی در سیاستگذاری و برنامهریزی منابع آب در شرایط تغییر اقلیم خواهد داشت. در این پژوهش شبیهسازی رواناب حوزههای آبخیز شرق استان مازندران (تالار، تجن، نکارود و بابلرود) تحت تاثیر تغییر اقلیم در دوره زمانی آتی (2040-2021) مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها: برای بررسی تغییر اقلیم، از یکی از مدلهای گردش عمومی جوی- اقیانوسی با نام HadGEM2 تحت سناریوهای اقلیمی ( RCP 2.6 و RCP 8.5) استفاده شده است. برای ریزمقیاس نمایی دادههای اقلیمی از مدل Lars-WG طی سه مرحله کالیبره کردن دادهها، ارزیابی دادهها و تولید دادههای هواشناسی برای دوره آتی استفاده شد. برای اینمنظور از دادههای روزانه بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی ایستگاههای منتخب چهار حوضه در دوره فعلی (2016-1997) استفاده و مدل برای دوره پایه اجرا شد. پس از اطمینان از توانایی مدل Lars-WG در شبیهسازی دادههای هواشناسی از طریق مقایسه دادههای تولید شده توسط مدل HadGEM2 و دادههای مشاهداتی موجود در دوره پایه، این مدل جهت تولید دادههای آتی با استفاده از سناریوهای اقلیمی( RCP 2.6 و RCP 8.5) اجرا شد و مقادیر روزانه دادههای اقلیمی بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی 40 سال آینده (2021-2060) تولید و شبیهسازی شد. برای شبیهسازی جریان در دوره آتی و بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب، از مدل هیدرولوژیکی IHACRES که یک مدل پیوسته مفهومی- دینامیکی برای شبیهسازی بارش-رواناب در مقیاس حوضه است، با استفاده از سناریوهای اقلیمی استفاده شد. به این منظور، دادههای بارش، دمای میانگین و دبی روزانه دوره فعلی (2016-1997) چهار حوضه وارد نرمافزار IHACRES شد. سپس دو دوره زمانی 2008-1997 و 2016-2009 بهترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی بهمنظور تعیین عملکرد مدل IHACRES در توانایی شبیهسازی دبی دوره آتی انتخاب شد. پس از واسنجی و اعتبارسنجی، دادههای اقلیمی تولید شده توسط مدل HadGEM2 وارد IHACRES شد و سری روزانه دبی برای دوره آتی (2040-2021) پیشبینی شد. سپس میانگین سالانه دبیهای مشاهداتی در دوره فعلی و دبیهای شبیهسازی شده در دوره آتی تحت سناریوهای RCP 2.6 و RCP 8.5 و همچنین متوسط 20 ساله رواناب در ایستگاهها در دوره آتی با دوره مشاهداتی مقایسه و ارزیابی شد.
یافتهها: یافتههای حاصل از بررسی تغییر اقلیم نشان داد در هر چهار حوضه، میانگین ماهانه دمای کمینه و دمای بیشینه در تمامی ماههای سال دوره آتی در هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی (2016-1997) افزایش یافت. میانگین ماهانه بارش در هر دو سناریو نسبت به دوره فعلی روند ثابتی ندارد و در ماههای مختلف متفاوت است. یافتههای حاصل از پیشبینی رواناب نشان داد تغییرات دبی حوضهها تحت شرایط تغییر اقلیم نسبت به دبی دوره فعلی، ثابت نیست که دلیل آن میتواند ثابت نبودن روند تغییرات بارش دوره آتی نسبت به دوره فعلی باشد. همچنین در برخی سالها در دوره آماری آتی علیرغم افزایش میانگین بارش، دبی در دوره آینده کاهش مییابد که احتمالاً دلیل آنرا میتوان به افزایش دما در دوره آتی بر اثر تغییر اقلیم ارتباط داد. اما در مورد افزایش دبی علیرغم کاهش میانگین بارش آن سال، یکی از دلایل آن میتواند امکان رخداد بارشهای با شدت بالا یا رگباری در آن سال موردنظر باشد که باعث افزایش میزان دبی شده است. متوسط 20 ساله دبی پیشبینی شده در ایستگاههای منتخب حوضه تالار، تجن و نکارود در دوره آتی برای هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی کاهش داشته است، اما در ایستگاه منتخب حوضه بابلرود، این مقدار در سناریو RCP 2.6 نسبت به دوره فعلی افزایش داشته است. در ایستگاه پل سفید در حوضه تالار، دبی شبیهسازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 6/18 و سناریو RCP 8.5 برابر با 6/12 متر مکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 7/41 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش نشان میدهد. در ایستگاه سلیمان تنگه در حوضه تجن دبی پیشبینی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 7/33 و سناریو RCP 8.5 برابر با 7/29 مترمکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 9/82 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش یافته است. در ایستگاه سفیدچاه در حوضه نکارود دبی شبیهسازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 3/85 و سناریو RCP 8.5 برابر با 3/72 مترمکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 4/10 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش مییابد. اما در ایستگاه بابل در حوضه بابلرود، دبی تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 11/40 مترمکعب بر ثانیه پیشبینی شد که نسبت به دبی دوره مشاهداتی که برابر با 11/34 مترمکعب بر ثانیه میباشد، افزایش یافته است، در صورتیکه دبی تحت سناریو RCP 8.5 با مقدار برابر با 11/22 مترمکعب بر ثانیه کمتر از دبی مشاهداتی شبیهسازی شد.
نتیجهگیری: بهطور کلی تاثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب یکی از چالشهای پیشروی برنامهریزان منابع آب است و میتواند پیامدهای جدی را متوجه اکوسیستمها و جوامع کند. بر اساس یافتههای پژوهش و اهمیت آثار تغییر اقلیم در وضعیت هیدرولوژی حوضههای منطقه مطالعاتی، اعمال سیاستهای مناسب بهمنظور مدیریت پایدار منابع آب ضروری است.
مقدمه و هدف: تغییر اقلیم بهصورت مستقیم روی مؤلفههای هیدرولوژیک و منابع آبی تاثیرگذار است و جریان خروجی از حوضه را تحت تاثیر قرار میدهد. محاسبه میزان تغییرات احتمالی در مقادیر بارش و رواناب نقش مهمی در سیاستگذاری و برنامهریزی منابع آب در شرایط تغییر اقلیم خواهد داشت. در این پژوهش شبیهسازی رواناب حوزههای آبخیز شرق استان مازندران (تالار، تجن، نکارود و بابلرود) تحت تاثیر تغییر اقلیم در دوره زمانی آتی (2040-2021) مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها: برای بررسی تغییر اقلیم، از یکی از مدلهای گردش عمومی جوی- اقیانوسی با نام HadGEM2 تحت سناریوهای اقلیمی ( RCP 2.6 و RCP 8.5) استفاده شده است. برای ریزمقیاس نمایی دادههای اقلیمی از مدل Lars-WG طی سه مرحله کالیبره کردن دادهها، ارزیابی دادهها و تولید دادههای هواشناسی برای دوره آتی استفاده شد. برای اینمنظور از دادههای روزانه بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی ایستگاههای منتخب چهار حوضه در دوره فعلی (2016-1997) استفاده و مدل برای دوره پایه اجرا شد. پس از اطمینان از توانایی مدل Lars-WG در شبیهسازی دادههای هواشناسی از طریق مقایسه دادههای تولید شده توسط مدل HadGEM2 و دادههای مشاهداتی موجود در دوره پایه، این مدل جهت تولید دادههای آتی با استفاده از سناریوهای اقلیمی( RCP 2.6 و RCP 8.5) اجرا شد و مقادیر روزانه دادههای اقلیمی بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی 40 سال آینده (2021-2060) تولید و شبیهسازی شد. برای شبیهسازی جریان در دوره آتی و بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب، از مدل هیدرولوژیکی IHACRES که یک مدل پیوسته مفهومی- دینامیکی برای شبیهسازی بارش-رواناب در مقیاس حوضه است، با استفاده از سناریوهای اقلیمی استفاده شد. به این منظور، دادههای بارش، دمای میانگین و دبی روزانه دوره فعلی (2016-1997) چهار حوضه وارد نرمافزار IHACRES شد. سپس دو دوره زمانی 2008-1997 و 2016-2009 بهترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی بهمنظور تعیین عملکرد مدل IHACRES در توانایی شبیهسازی دبی دوره آتی انتخاب شد. پس از واسنجی و اعتبارسنجی، دادههای اقلیمی تولید شده توسط مدل HadGEM2 وارد IHACRES شد و سری روزانه دبی برای دوره آتی (2040-2021) پیشبینی شد. سپس میانگین سالانه دبیهای مشاهداتی در دوره فعلی و دبیهای شبیهسازی شده در دوره آتی تحت سناریوهای RCP 2.6 و RCP 8.5 و همچنین متوسط 20 ساله رواناب در ایستگاهها در دوره آتی با دوره مشاهداتی مقایسه و ارزیابی شد.
یافتهها: یافتههای حاصل از بررسی تغییر اقلیم نشان داد در هر چهار حوضه، میانگین ماهانه دمای کمینه و دمای بیشینه در تمامی ماههای سال دوره آتی در هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی (2016-1997) افزایش یافت. میانگین ماهانه بارش در هر دو سناریو نسبت به دوره فعلی روند ثابتی ندارد و در ماههای مختلف متفاوت است. یافتههای حاصل از پیشبینی رواناب نشان داد تغییرات دبی حوضهها تحت شرایط تغییر اقلیم نسبت به دبی دوره فعلی، ثابت نیست که دلیل آن میتواند ثابت نبودن روند تغییرات بارش دوره آتی نسبت به دوره فعلی باشد. همچنین در برخی سالها در دوره آماری آتی علیرغم افزایش میانگین بارش، دبی در دوره آینده کاهش مییابد که احتمالاً دلیل آنرا میتوان به افزایش دما در دوره آتی بر اثر تغییر اقلیم ارتباط داد. اما در مورد افزایش دبی علیرغم کاهش میانگین بارش آن سال، یکی از دلایل آن میتواند امکان رخداد بارشهای با شدت بالا یا رگباری در آن سال موردنظر باشد که باعث افزایش میزان دبی شده است. متوسط 20 ساله دبی پیشبینی شده در ایستگاههای منتخب حوضه تالار، تجن و نکارود در دوره آتی برای هر دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5 نسبت به دوره فعلی کاهش داشته است، اما در ایستگاه منتخب حوضه بابلرود، این مقدار در سناریو RCP 2.6 نسبت به دوره فعلی افزایش داشته است. در ایستگاه پل سفید در حوضه تالار، دبی شبیهسازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 6/18 و سناریو RCP 8.5 برابر با 6/12 متر مکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 7/41 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش نشان میدهد. در ایستگاه سلیمان تنگه در حوضه تجن دبی پیشبینی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 7/33 و سناریو RCP 8.5 برابر با 7/29 مترمکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 9/82 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش یافته است. در ایستگاه سفیدچاه در حوضه نکارود دبی شبیهسازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 3/85 و سناریو RCP 8.5 برابر با 3/72 مترمکعب بر ثانیه بهدست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 4/10 مترمکعب بر ثانیه میباشد، کاهش مییابد. اما در ایستگاه بابل در حوضه بابلرود، دبی تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 11/40 مترمکعب بر ثانیه پیشبینی شد که نسبت به دبی دوره مشاهداتی که برابر با 11/34 مترمکعب بر ثانیه میباشد، افزایش یافته است، در صورتیکه دبی تحت سناریو RCP 8.5 با مقدار برابر با 11/22 مترمکعب بر ثانیه کمتر از دبی مشاهداتی شبیهسازی شد.
نتیجهگیری: بهطور کلی تاثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب یکی از چالشهای پیشروی برنامهریزان منابع آب است و میتواند پیامدهای جدی را متوجه اکوسیستمها و جوامع کند. بر اساس یافتههای پژوهش و اهمیت آثار تغییر اقلیم در وضعیت هیدرولوژی حوضههای منطقه مطالعاتی، اعمال سیاستهای مناسب بهمنظور مدیریت پایدار منابع آب ضروری است.
واژه‌های کلیدی: تغییر اقلیم، شبیه سازی رواناب، مدل ریزمقیاس نمایی Lars-WG، مدل هیدرولوژیکی IHACRES، واسنجی
فهرست منابع
1. Abushandi, E., & Merkel, B. (2013). Modeling rainfall runoff relations using HEC-HMS and IHACRES for a single rain event in an arid region of Jordan. Journal of Water Resource Management, 27, 2391-2409. [DOI:10.1007/s11269-013-0293-4]
2. Aghabeigi, N., Esmali Ouri, A., Mostafa zadeh, R., & Golshan, M. (2019). The effects of climate change on runoff using IHACRES hydrologic model in some of watersheds, Ardabil province. Irrigation & Water Engineering, 10 (38), 176-187 (In Persian). 10.22125/IWE.2019.100750
3. Ahmadi, M., Dadashi Roudbari, A., & Deyrmajai, A. (2020). Runoff estimation using IHACRES model based on CHIRPS satellite data and CMIP5 models (case study: Gorganroud basin-Aq Qala area). Iranian Journal of Soil and Water Research, 51 (3), 659-671 (In Persian). 10.22059/IJSWR.2019.289144.668316
4. Ahmadi, M., Motamedvaziri, B., Ahmadi, H., Moeini, A., & Zehtabiyan, GH. (2019). Assessment of climate change impact on surface runoff, statistical downscaling and hydrological modelling. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 114,102800. [DOI:10.1016/j.pce.2019.09.002]
5. Ahmadpour, A., Mirhashemi, H., & Haghighat jou, P. (2020). Evaluation of classical, conceptual IHACRES and hybrid ARMA-ANN models in simulation and prediction of daily discharge of Maroun river. Iranian Journal of Soil and Water Research, 51 (3), 727-736 (In Persian). DOI: 10.22059/ijswr.2019.290549.668344
6. Alami, M.T., Aghabalaee, B., Ahmadi, M. H., & Farzin, S. (2014). Optimum allocation of water resources by using system dynamics.Water Engineering, 7 (23), 99-110 (In Persian).
7. Amiri, E., & Rodbari Mousavi, M. (2016). Evaluation of IHACRES hydrological model for simulation of daily flow (case study: Polrood and Shalmanrood rivers). Iranian Journal of Ecohydrology, 3(4), 533-543 (In Persian). 10.22059/IJE.2016.60356
8. Babolhakami, A., Gholami Sefidkouhi, M., & Emadi, A. (2020). Assessing the impact of climate change on drought and forecasting Neka river basin runoff in future periods. Iranian Journal of Ecohydrology, 7 (2), 291-302 (In Persian).
9. Croke, B.F., & Jakeman, A.J. (2008). Use of the IHACRES rainfall-runoff model in arid and semiarid regions. Hydrological modelling in arid and semi-arid areas, 41-48. [DOI:10.1017/CBO9780511535734.005]
10. Dakhlaoui, H., Ruelland, D., Tramblay, Y., & Bargaoui, Z. (2017). Evaluating the robustness of conceptual rainfall-runoff models under climate variability in northern Tunisia. Journal of Hydrology, 550, 201-217. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2017.04.032]
11. IPCC. (2013). Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovern-mental panel on climate change intergovernmental panel on climate change (IPCC). Cam-bridge, United Kingdom and New York, USA.
12. Jakeman, A. J., & Hornberger, G.M. (1993). How much complexity is warranted in a rainfall runoff model? Water Resources Research, 29(8), 2637-2649. [DOI:10.1029/93WR00877]
13. Keyhanpanah, M., Zare Bidaki, R., & Bazrafshan, J. (2017). Flow modelling in Great Karun Sub-basins in terms of future climate. Iranian Journal of Ecohydrology, 4 (4), 1033- 1047 (In Persian). 10.22059/IJE.2017.229255.502
14. Koutroulis, A. G., Tsanis, I. K., Daliakopoulos, I. N., & Jacob, D. (2013). Impact of climate change on water resources status: A case study for Crete Island, Greece. Journal of hydrology, 479, 146-158. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2012.11.055]
15. Kumar Paul, P., Zhang, Y., Ma, M., Mishra, A., Panigrahy, N., & Singh, R. (2021). Selecting hydrological models for developing countries: perspective of global, continental, and country scale models over catchment scale models. Journal of Hydrology, 600, 126561. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2021.126561]
16. Ma, C., Sun, L., Liu, S., Shao, M., & Luo, Y. (2015). Impact of climate change on the streamflow in the glacierized chu river basin, central asia. Journal of Arid Land, 7(4), 501-513. [DOI:10.1007/s40333-015-0041-0]
17. Meteorological Organization of Mazandaran Province.
18. Mirdashtovan, M., Malekian, A., & Mohseni Saravi, M. (2018). Stream flow simulation using statistical downscaling of climatic data: Urmia Lake basin. Iranian Journal of Ecohydrology, 5 (2): 419-431 (In Persian). 10.22059/IJE.2017.232662.586
19. Moghadam, H., Ashofteh, P., & Loaiciga, H.A. (2023). Investigating the performance of data mining, lumped, and distributed models in runoff projected under climate change. Journal of Hydrology, 617, 128992. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2022.128992]
20. Qesmi, R., Mirabbasi Najafabadi, R., & Nasr Esfahani, M. (2020). Simulation of Shirin (Azam Jareh) river runoff in climate change conditions using IHACRES model. Iranian Water Research Journal, 14 (4), 87-98 (In Persian).
21. Shahiri Tabarestani, E., & Zokaei, M. S. (2020). Assessment of Flood Hazard using Analytic Hierarchy Process Method (AHP) in Mazandaran Province, Iran. Environment and Water Engineering, 6(4), 331-344. [DOI:10.22034/jewe.2020.235593.1370]
22. Yang, T.H., Ho, J.Y., Hwang, G.D., & Lin, G.F. (2014). An indirect approach for discharge estimation: a combination among micro-genetic algorithm, hydraulic model, and in situ measurement. Flow Measurement and Instrumentation, 39, 46-53. [DOI:10.1016/j.flowmeasinst.2014.07.003]
23. Yang, W., Chen, H., Xu, C-Y., Huo, R., Chen, J., & Guo, S. (2020). Temporal and spatial transferabilities of hydrological models under different climates and underlying surface conditions. Journal of Hydrology, 591, 125276. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2020.125276]
24. Yang, W., R. Xia, H. Chen, M. Wang & C-Y. Xu. (2022). The impact of calibration conditions on the transferability of conceptual hydrological models under stationary and nonstationary climatic conditions. Journal of Hydrology, 613, 128310. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2022.128310]
25. Zhu, R., Croke, B., & Jakeman, A. (2020). Diffuse groundwater recharge estimation confronting hydrological modelling uncertainty. Journal of Hydrology, 584, 124642. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2020.124642]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
