دوره 16، شماره 1 - ( بهار و تابستان 1404 )                   جلد 16 شماره 1 صفحات 13-1 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Naserabadi F, Ghazavi R, Zakerinia M. (2026). Assessment of Climate Change Impact on Groundwater Quantitative Status in the Dehgolan Aquifer Using the MODFLOW Model. J Watershed Manage Res. 16(1), 1-13. doi:10.61882/jwmr.2024.1281
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1281-fa.html
ناصرآبادی فواد، قضاوی رضا، ذاکری نیا مهدی. ارزیابی تاثیر تغییرات اقلیمی بر وضعیت کمی آب‌های زیرزمینی آبخوان دهگلان با استفاده از مدل MODFLOW پ‍‍ژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1404; 16 (1) :13-1 10.61882/jwmr.2024.1281

URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1281-fa.html


1- گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2- گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
چکیده:   (839 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: پایش و ارزیابی منابع آب از مهم‌ترین اقداماتی هستند که برای افزایش شناخت شرایط منابع آب کشور باید انجام شوند و نتایج این‎‌گونه بررسی‎ ها در برنامه‌ریزی و مدیریت صحیح منابع آب مورد استفاده قرار گیرند. کشور ایران به‎ دلیل کمبود ریزش‌های جوی و نامناسب بودن پراکنش زمانی و مکانی آن در زمره کشورهای دارای اقلیم خشک و نیمه‎ خشک جهان قرار دارد. تغییرات اقلیمی در چند دهه اخیر و اثرات این پدیده بر پارامترهای اقلیمی و الگوی پدیده‌های هیدرولوژیکی باعث تشدید بحران خشکی شدهاست. از طرف دیگر، رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه بخش‌های کشاورزی و صنعت باعث افزایش تقاضای آب شیرین شدهاست. به ‎دلیل تغییرات اقلیمی و افزایش نیاز به آب، بهره ‎برداری از آب‌های زیرزمینی، خصوصا در مناطق خشک، به ‎شدت رو به فزونی است و این امر، افت سطح ایستابی و کاهش ذخایر آب را بهدنبال داشته است. به‎دلیل بیلان منفی آب زیرزمینی آبخوان دهگلان و جلوگیری از تشدید افت تراز سطح ایستابی، ممنوعیت توسعه بهره‌برداری از منابع آب‌های زیرزمینی دشت دهگلان از سال 1382 از طرف شرکت سهامی آب منطقه‌ای کردستان اعلام شدهاست. هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثرات کمی تغییرات اقلیمی بر منابع آب‌های زیرزمینی آبخوان دهگلان به‎ عنوان بزرگترین آبخوان استان کردستان است. در این راستا، استفاده از مدل‌های مختلف اقلیمی که می‌توانند تغییرات اقلیمی را پیش‌بینی کنند، ادغام آن‌ها و در نهایت استفاده از خروجی این مدل‌ها در مدل‌های هیدرولوژیکی می‌توانند ابزاری مفید برای پیش‌بینی تغییرات هیدرولوژیکی در آینده باشند.
مواد و روش‌ها: دشت دهگلان با مساحت 982/8 کیلومتر مربع، بین طول‌های جغرافیایی '10 ˚47 تا '45 ˚47 شرقی و عرض‌های جغرافیایی '05 ˚35 تا '35 ˚35 شمالی گسترده شدهاست. وسعت گسترش آبخوان دهگلان برابر با 779/8 کیلومتر مربع و مساحت حوزه آبخیز دشت تا خروجی ایستگاه هیدرومتری تلوار حسن‌خان برابر با 2491 کیلومتر مربع هستند. حداقل، حداکثر و متوسط ارتفاع از سطح دریا در آبخوان دهگلان به‎ ترتیب برابر با 1740، 2045 و 1854 متر است. کاربری‌های زراعت دیم، مرتع، زراعت آبی، مناطق مسکونی و سطوح آبی به‎ ترتیب 74/81، 14/14، 10/12، 0/76 و 0/17 درصد از سطح حوزه آبخیز مورد مطالعه را شامل می‌شوند. مقدار بارندگی سالانه در دشت دهگلان و ارتفاعات مشرف بر آن بهترتیب برابر با 319/32 و 363/15 میلی‌متر و میانگین سالانه دما  به ترتیب برابر با 9/93 و 9/12 درجه سانتی‌گراد هستند. بر اساس نتایج مطالعات ژئوفیزیک، لوگ چاه‌های اکتشافی و آزمایشات پمپاژ و با توجه به عدم تغییرات سطح ایستابی هنگام حفاری، مشخص شدهاست که آبخوان دهگلان از نوع آبخوان آزاد است. در این پژوهش، با به‎ کارگیری مدل ریزمقیاس‌نمایی SDSM و براساس سناریوهای گزارش پنجم IPCC، متغیرهای اقلیمی حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی تحت سه سناریو RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در طول دوره آتی پیش‌بینی شدند. برای این‎ منظور، از داده‌های روزانه حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی ثبت شده در ایستگاه سینوپتیک قروه به ‎عنوان ورودی به مدل SDSM استفاده شد. همچنین برای مدل‌سازی سه بعدی جریان آب زیرزمینی، از مدل MODFLOW در رابط گرافیکی GMS استفاده و سپس نوسانات ماهانه سطح ایستابی در آبخوان مورد مطالعه در طول دوره پیش‌بینی تحت سناریوهای اقلیمی با استفاده از مدل واسنجی شده MODFLOW برآورد شدند. در این راستا، در مرحله اول، مدل مفهومی آبخوان دهگلان در نرم‌افزار GMS تهیه شد. هدف از تهیه مدل مفهومی، ساده کردن شرایط واقعی منطقه مورد مطالعه و سازماندهی داده‌های صحرایی است به ‎گونه‌ای که با استفاده از آن، سیستم موردنظر راحت‌تر مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. ساختار مدل مفهومی آبخوان دهگلان شامل شرایط مرزی، شبکه آبخوان، تعیین پارامترهای زمانی و مکانی مدل، مقادیر سطح ایستابی در چاه‌های مشاهداتی، توزیع اولیه ضرایب هیدرودینامیک آبخوان شامل قابلیت انتقال، هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه و عوامل تغذیه‌کننده و تخلیه‌کننده آبخوان است. کلیه اطلاعات مورد نیاز جهت ساخت مدل مفهومی، ابتدا در محیط ArcMap تهیه و سپس به ‎صورت بسته‌های مختلف به مدل MODFLOW وارد شدند. سال‌های آبی 1388-1387 تا 1396-1395 و 1397-1396 تا 1406-1405 به‎ ترتیب برای مراحل شبیه‌سازی و پیش‌بینی در نظر گرفته شدند. ضرایب R2، ENS، PBIAS و MAE برای ارزیابی کارایی مدل‌ها استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج به ‎دست آمده از این پژوهش، دقت کافی مدل SDSM در شبیه‌سازی متغیرهای اقلیمی شامل دمای حداقل، دمای حداکثر، بارش و رطوبت نسبی و مدل MODFLOW در شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان دهگلان را تایید کردند. تطابق دمای حداقل و دمای حداکثر مشاهده شده با شبیه‌سازی شده بیشتر از متغیرهای اقلیمی بارش و رطوبت نسبی بود. در این پژوهش، بیشترین حساسیت مدل MODFLOW نسبت به پارامتر هدایت هیدرولیکی و کمترین حساسیت آن نسبت به پارامتر آبدهی مخصوص بود. متوسط تغییرات سالانه تراز سطح ایستابی در دوره پیش‌بینی و تحت سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 به ترتیب برابر با 1/60-، 1/61- و 1/36- متر و متوسط تغییرات سالانه حجم مخزن آبخوان دهگلان به ترتیب برابر با 23/69-، 23/85- و 20/21- میلیون مترمکعب محاسبه شدند. به‎ عبارت دیگر، آبخوان دهگلان در دوره پیش‌بینی، تحت همه سناریوهای اقلیمی بیلان منفی خواهد داشت و مقدار کاهش حجم مخزن تحت سناریو RCP8.5 در مقایسه با سناریوهای RCP2.6 و RCP4.5 کمتر خواهد بود.
نتیجه‌گیری: نتایج بررسی مدل‌های اقلیمی و سناریوهای انتشار نشان از تغییرات اقلیمی و هیدرولوژیکی حوزه آبخیز رودخانه تلوار در دوره آتی دارند، به طوریکه دمای هوا افزایش و مقدار بارش کاهش می‌یابند. افزایش دما نامطلوب‌ترین اثر تغییر اقلیم را که افزایش خشکی در منطقه است به همراه خواهد داشت. افزایش خشکی و به دنبال آن افزایش تبخیر، هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی بر منابع آب زیرزمینی تاثیر خواهد گذاشت. هیدروگراف آبخوان طی دوره 10 ساله پیش‌بینی نشان می‌دهد که مقدار افت سطح ایستابی تحت سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5، به‎ ترتیب به میزان 0/248، 0/259 و 0/013 متر افزایش پیدا می‌کند. تحت سناریوهای انتشار در دوره آتی، نوسانات سطح ایستابی در طول سال (در طول دوره های تنش خشک و تر) روند طبیعی خود را طی میکنند و بر اساس نوع تنش خشک یا تر تغییر محسوسی پیدا نخواهند کرد.

 
متن کامل [PDF 2225 kb]   (45 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: هيدرولوژی
دریافت: 1403/1/22 | پذیرش: 1403/4/24

فهرست منابع
1. Abbas, S. A., Xuan, Y., & Bailey, R. T. (2022). Assessing climate change impact on water resources in water demand scenarios using SWAT-MODFLOW-WEAP. Journal of Hydrology, 9(10), 1-24. [DOI:10.3390/hydrology9100164]
2. Abbaspour, K. C., Faramarzi, M., Ghasemi, S. S., & Yang, H. (2009). Assessing the impact of climate change on water resources in Iran. Water Resources Research, 45(10), 1-16. [DOI:10.1029/2008WR007615]
3. Anderson, M., & Woessner, W. (1992). Applied groundwater modeling: Simulation of flow and advective transport. Academic Press.
4. Ansari, S., Massah Bavani, A. R., & Roozbahani, A. (2016). Effects of climate change on groundwater recharge (Case study: Sefid Dasht Plain). Journal of Water and Soil, 30(2), 416-431. [In Persian]
5. Asakereh, H., & Akbarzadeh, Y. (2017). Simulation of temperature and precipitation changes of Tabriz synoptic station using statistical downscaling and CanESM2 climate change model output. Journal of Geography and Environmental Hazards, 6(1), 153-174. [In Persian]
6. Azari, A., Akhoond-Ali, A. M., Radmanesh, F., & Haghighi, A. (2014). Groundwater-surface water interaction simulation in terms of integrated water resource management (Case study: Dez Plain). Journal of Irrigation Sciences and Engineering, 38(2), 33-47. [In Persian]
7. Azizi, H., Ebrahimi, H., Samani, H. M. V., & Khaki, V. (2021). Evaluating the effects of climate change on groundwater level in the Varamin plain. Water Supply, 21(3), 1372-1384. [DOI:10.2166/ws.2021.007]
8. Cheema, S. B., Rasul, G., Ali, G., & Kazmi, D. H. (2011). A comparison of minimum temperature trends with model projections. Pakistan Journal of Meteorology, 8(15), 39-52.
9. Cohen, B. (2006). Urbanization in developing countries: Current trends, future projections, and key challenges for sustainability. Technology in Society, 28(1-2), 63-80. [DOI:10.1016/j.techsoc.2005.10.005]
10. Ficklin, D. L., Luo, Y., Luedeling, E., & Zhang, M. (2009). Climate change sensitivity assessment of a highly agricultural watershed using SWAT. Journal of Hydrology, 374(1-2), 16-29. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2009.05.016]
11. Gupta, H. V., Sorooshian, S., & Yapo, P. O. (1999). Status of automatic calibration for hydrologic models: Comparison with multilevel expert calibration. Journal of Hydrology Engineering, 4(2), 135-143. [DOI:10.1061/(ASCE)1084-0699(1999)4:2(135)]
12. Harbaugh, A. W., Banta, E. R., Hill, M. C., & McDonald, M. G. (2000). MODFLOW-2000, the U.S. Geological Survey Modular Ground-Water Model: User Guide to Modularization Concepts and the Groundwater Flow Process. [DOI:10.3133/ofr200092]
13. Hashemi, F., Olesen, J. E., Jabloun, M., & Hansen, A. L. (2018). Reducing uncertainty of estimated nitrogen load reductions to aquatic systems through spatially targeting agricultural mitigation measures using nitrogen reduction. Journal of Environmental Management, 218, 451-464. [DOI:10.1016/j.jenvman.2018.04.078]
14. Hellström, D., Jeppsson, U., & Kärrman, E. (2000). A framework for systems analysis of sustainable urban water management. Environmental Impact Assessment Review, 20(3), 311-321. [DOI:10.1016/S0195-9255(00)00043-3]
15. Howe, C., & Mitchell, C. (2011). Water Sensitive Cities. IWA Publishing. [DOI:10.2166/9781843393641]
16. Karamouz, M., Fallahi, M., Nazif, S., & Rahimi Farahani, M. (2009). Long lead rainfall prediction using statistical downscaling and artificial neural network modeling. Scientia Iranica, 16(1), 165-172.
17. Mackay, R., & Last, E. (2010). SWITCH city water balance: A scoping model for integrated urban water management. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 9(4), 291-296. [DOI:10.1007/s11157-010-9225-4]
18. Mansouri, B., Ahmadzadeh, H., Massah Bavani, A., Morid, S., Delavar, M., & Lotfi, S. (2015). Assessment of climate change impacts on water resources in Zarrinehrud Basin using SWAT model. Journal of Water and Soil, 28(6), 1203-1291. [In Persian]
19. Meenu, R., Rehana, S., & Mujumdar, P. P. (2013). Assessment of hydrologic impacts of climate change in Tunga-Bhadra river basin, India with HEC-HMS and SDSM. Hydrological Processes, 27(11), 1572-1589. [DOI:10.1002/hyp.9220]
20. Mirani Moghadam, H., Karami, G. H., Bagheri, R., & Barati, R. (2021). Death time estimation of water heritages in Gonabad plain, Iran. Environmental Earth Sciences, 80(4), 1-10. [DOI:10.1007/s12665-021-09424-w]
21. Nash, J. E., & Sutcliffe, J. V. (1970). River flow forecasting through conceptual models, part I- A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3), 282-290. [DOI:10.1016/0022-1694(70)90255-6]
22. Nitika, M., Devesh, S., & Aditya, S. (2024). Groundwater sustainability assessment under climate change scenarios using integrated modelling approach and multi-criteria decision method. Ecological Modelling, 478.
23. Ostad-Ali-Askari, K. (2022). Investigation of meteorological variables on runoff archetypal using SWAT: Basic concepts and fundamentals. Applied Water Science, 12(8), 177. [DOI:10.1007/s13201-022-01701-8]
24. Piri, H., Mobaraki, M., & Siasar, S. (2022). Temporal and spatial modeling of groundwater level in Bushehr plain using artificial intelligence and geostatistics. Journal of Watershed Management Research, 13(26), 58-68. https://doi.org/10.52547/jwmr.13.26.58 [DOI:10.52547/jwmr.13.26.58. [In Persian]]
25. Qiu, S., Liang, X., Xiao, C., Huang, H., Fang, Z., & Lv, F. (2015). Numerical simulation of groundwater flow in a river valley basin in an urban area, China. Water, 7(10), 5768-5787. [DOI:10.3390/w7105768]
26. Riasat, A., McFarlane, D., Varma, S., Dawes, W., Emelyanova, I., Hodgson, G., & Charles, S. (2012). Potential climate change impacts on groundwater resources of south-western Australia. Journal of Hydrology, 475, 456-472. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2012.04.043]
27. Safari Sokhtehkolaei, F., NoRooz Valashedi, R., & Khoshravesh, M. (2022). Evaluation of extreme scenarios of climate change on discharge of the Shahid Rajaei Dam catchment under HBV-light model. Journal of Watershed Management Research, 13(26), 93-104. https://doi.org/10.52547/jwmr.13.26.93 [DOI:10.52547/jwmr.13.26.93. [In Persian]]
28. Safavi, H., Alizadeh, M., & Golmohammadi, M. H. (2022). Investigating the effects of management scenarios against climate change on river-aquifer interaction, case study: Lenjanat Sub-basin. Journal of Water and Wastewater Science and Engineering, 7(3), 16-27. [In Persian]
29. Sari Sarraf, B., & Jalali Ansaroodi, T. (2019). The investigation of the impact of climate change on water balance caused by precipitation in Tasuj aquifer for the period of 2017-2030. Hydrogeomorphology, 6(19), 163-185. [In Persian]
30. Sheikha-BagemGhaleh, S., Babazadeh, H., Rezaie, H., & Sarai-Tabrizi, M. (2023). The effect of climate change on surface and groundwater resources using WEAP-MODFLOW models. Applied Water Science, 13, 121. [DOI:10.1007/s13201-023-01923-4]
31. Toews, M. W., & Allen, D. M. (2009). Simulated response of groundwater to predicted recharge in a semi-arid region using a scenario of modelled climate change. Environmental Research Letters, 4(3), 1-19. [DOI:10.1088/1748-9326/4/3/035003]
32. Van der Steen, P., & Howe, C. (2009). Managing water in the city of the future; strategic planning and science. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 8(2), 115-120. [DOI:10.1007/s11157-009-9154-2]
33. Yaoti, F. E., Mandoure, A. E., & Khattach, D. (2008). Modeling groundwater flow and advective contaminant transport in Bou-Areg unconfined aquifer. Journal of Hydro-Environment Research, 2, 192-209. [DOI:10.1016/j.jher.2008.08.003]
34. Zhang, A., Zhang, C., Fu, G., Wang, B., Bao, Z., & Zheng, H. (2012). Assessments of impacts of climate change and human activities on runoff with SWAT for the Huifa River Basin, Northeast China. Water Resources Management, 26(8), 2199-2217. [DOI:10.1007/s11269-012-0010-8]
35. Zhang, H., & Hiscock, K. M. (2010). Modelling the impact of forest cover on groundwater resources: A case study of the Sherwood Sandstone aquifer in the East Midlands, UK. Journal of Hydrology, 392(3-4), 136-149. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2010.08.002]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به (پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز (علمی-پژوهشی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2025 CC BY-NC 4.0 | Journal of Watershed Management Research

Designed & Developed by : Yektaweb