Journal of Watershed Management Research

fa تأثیرات تغییر اقلیم بروی منابع آب: مطالعه موردی حوضه دامغان‌رود Climate Change Impacts on Water Resources: A Case Study of the Damghanroud Basin هيدرولوژی هيدرولوژی پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در دهه‌های اخیر، تغییر اقلیم به‌عنوان یکی از جدی‌ترین تهدیدات برای پایداری منابع آب شیرین در سطح جهان مطرح شده است. این چالش در مناطق نیمه‌خشک، جایی&lrm;که رشد سریع جمعیت، توسعه اقتصادی و بهره‌برداری ناپایدار از منابع، تعادل بین عرضه و تقاضای آب را بیش‌ازپیش مختل کرده است، شدت بیشتری دارد. تغییرات در الگوهای بارش، افزایش دما و افزایش تبخیر و تعرق، تأثیرات قابل‌توجهی بر فرآیندهای هیدرولوژیکی، به ویژه تغذیه آب زیرزمینی داشته&lrm;‌اند. علاوه بر این، تغییرات کاربری زمین و شیوه‌های ضعیف مدیریت آب، این اثرات را تشدید کرده &lrm;اند. مطالعات متعدد تأکید دارند که کاهش منابع آب در ایران ناشی از تغییرات اقلیمی و فشارهای انسانی است. در این راستا، استفاده از مدل‌های گردش عمومی (GCMs) تحت سناریوهای مختلف مسیرهای اجتماعی-اقتصادی مشترک (SSPs)، به ویژه SSP5-8.5، پیش‌بینی دقیق‌تری از شرایط آینده منابع آب ارائه می‌دهد. این مطالعه تأثیرات بلندمدت تغییر اقلیم بر منابع آب ‌زیرزمینی در حوضه آبریز دامغان‌رود را با استفاده از پیش‌بینی‌های مدل‌های اقلیمی CMIP6 و مدل هیدرولوژیکی SWAT (ابزار ارزیابی خاک و آب) بررسی می‌کند. این پژوهش بینش‌های ارزشمندی را در مورد تعاملات سالانه بین رواناب، خشکسالی و تغذیه آبخوان ارائه می‌دهد و به بهبود مدیریت منابع آب در محیط‌های نیمه‌خشک کمک می‌کند. مواد و روش‌ها: مدل SWAT در یک حوضه آبریز نیمه‌خشک در مرکز ایران برای ارزیابی تأثیرات آینده تغییر اقلیم بر رواناب سطحی و تغذیه آب زیرزمینی به &lrm;کار گرفته شد. تنظیم مدل شامل آماده‌سازی داده‌های ورودی مکانی و اقلیمی مانند توپوگرافی، کاربری زمین، خصوصیات خاک و داده‌های روزانه هواشناسی بود. پس از آماده‌سازی داده‌ها، مدل کالیبره و اعتبارسنجی شد تا عملکرد شبیه‌سازی قابل‌اعتمادی را فراهم کند. پیش‌بینی‌های روزانه اقلیمی برای دوره 2030 تا 2060 از مدل‌های منتخب CMIP6 به دست آمد. برای بهبود دقت پیش‌بینی‌های اقلیمی، تکنیک‌های تصحیح سوگیری شامل روش نگاشت چنداکی برای تصحیح بارش و نرمال‌سازی برای داده‌های دما اعمال شد. تمام داده‌های ورودی در ArcSWAT پردازش شدند، مدل برای شبیه‌سازی مقادیر رواناب ماهانه و تغذیه آب &lrm;زیرزمینی اجرا شد و سپس به مقیاس زمانی سالانه تجمیع شد. برای شناسایی روندها در سری‌های زمانی متغیرهای هیدرولوژیکی و هواشناسی، آزمون ناپارامتریک من-کندال برای ارزیابی اهمیت آماری روندها و تخمین‌گر شیب سن برای اندازه‌گیری شدت تغییرات استفاده شد. همچنین، دو شاخص خشکسالی- شاخص بارش استاندارد شده  (SPI)  و شاخص رواناب استاندارد شده (SRI) - برای تحلیل فراوانی، شدت و مدت‌زمان خشکسالی‌های هواشناسی و هیدرولوژیکی در شرایط اقلیمی آینده محاسبه شدند. تمام مدل‌سازی‌ها و تحلیل‌های مکانی در ArcGIS انجام شد، درحالی‌که تحلیل‌های آماری با استفاده از نرم‌افزارهای R و اکسل صورت گرفت. یافته &rlm;ها: نتایج شبیه‌سازی‌ها تحت سناریوی SSP5-8.5 نشان می &lrm;دهند که میانگین سالانه دما در دوره ۲۰۳۰ تا ۲۰۶۰ روند افزایشی قابل &lrm;توجهی دارد، به‌طوری&lrm;که در سال‌های خشک افزایش دما حدود 0/4 درجه سانتی‌گراد در هر دهه و در سال‌های تر حدود 0/2 درجه سانتی‌گراد در هر دهه برآورد شده است. بارندگی سالانه در این دوره به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد، به‌طوری&lrm;که در سال‌های خشک تا ۳۶ درصد و در سال‌های تر تا ۲۸ درصد کاهش پیش‌بینی شده است. رواناب سطحی نیز روند کاهشی دارد و کاهش سالانه آن حدود 0/15 میلی‌متر برآورد شده است که در سال‌های خشک تا ۴۰ درصد بالاتر از میانگین کاهش داشته است. تغذیه سالانه آبخوان به‌ویژه در سال‌های خشک، کاهش شدیدی را تجربه خواهد کرد، به‌طوری که در خشکسالی‌ها تا ۹۰ درصد بالاتر از میانگین کاهش و به‌طور متوسط کاهش سالانه حدود 0/9 میلی‌متر پیش‌بینی شده است. بررسی شاخص‌های خشکسالی (SPI و SRI) نشان می &lrm;دهد که اگرچه شدت خشکسالی‌ها نسبت به دوره پایه کاهش جزئی خواهد داشت، اما فراوانی وقوع آن‌ها افزایش می‌یابد. این تغییرات بیانگر ناپایداری منابع آب زیرزمینی در اثر نوسانات شدید بین دوره‌های خشک و تر در آینده هستند. نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان می‌دهد که تغییرات اقلیمی آینده، تحت سناریوی شدید، تأثیرات منفی قابل‌توجهی بر منابع آب در مناطق نیمه‌خشک خواهد داشت. یافته‌ها نشان‌دهنده کاهش قابل‌توجه در بارش، رواناب و تغذیه آب زیرزمینی، همراه با افزایش دما و رویدادهای خشکسالی متوالی هستند. این تغییرات تعادل هیدرولوژیکی منطقه را به‌شدت مختل خواهند کرد و تأثیرات عمیقی بر کشاورزی، تأمین آب آشامیدنی و توسعه پایدار خواهند داشت. اگرچه روند کلی تغییر اقلیم به افزایش تنش اقلیمی اشاره دارد، اما تنوع در شدت خشکسالی در طول سال‌ها نشان می‌دهد که اقدامات سازگار باید پویا، منطقه‌محور و مبتنی بر پایش مداوم باشند. یکی از پیامدهای عملی کلیدی این مطالعه، نیاز به یکپارچه‌سازی سناریوهای تغییر اقلیم در سیاست‌های منابع آب منطقه‌ای، تقویت اقدامات تغذیه مصنوعی آب زیرزمینی و بازنگری در الگوهای آبیاری و مصرف آب است. علاوه بر این، عدم قطعیت در خروجی‌های مدل اقلیمی و ناهمگنی مکانی پاسخ‌های هیدرولوژیکی، چالش‌های کلیدی در تصمیم‌گیری هستند که نیازمند مطالعات عمیق‌تر است. به‌طور کلی، این پژوهش بر ضرورت اتخاذ استراتژی‌های مقاوم و سازگار با اقلیم برای مدیریت منابع آب، به‌ویژه در مناطق با تنش &lrm;های آبی تأکید دارد. این مطالعه گامی مهم را در جهت توسعه سیاست‌های مبتنی بر علم برای حاکمیت پایدار آب در مواجهه با شرایط اقلیمی در حال تغییر ارائه می‌دهد و راهنمایی ارزشمندی را برای تصمیم‌گیران و برنامه‌ریزان فراهم می‌کند.  </div> <div> <div style="text-align: justify;"><div id="ftn1"></div></div> </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: In recent decades, climate change has emerged as one of the most serious threats to the sustainability of freshwater resources worldwide. This challenge is particularly severe in semi-arid regions, where rapid population growth, economic development, and unsustainable resource exploitation have increasingly disrupted the balance between water supply and demand. Changes in precipitation patterns, rising temperatures, and increased evapotranspiration have significantly affected hydrological processes, especially groundwater recharge. In addition, land use changes and poor water management practices have further exacerbated these impacts. Numerous studies have emphasized that both climate change and human pressures drive the decline in Iran’s water resources. In this context, the use of General Circulation Models (GCMs) under various Shared Socioeconomic Pathways (SSPs), particularly SSP5-8.5, provides a more accurate projection of future water resource conditions. This study investigates the long-term impacts of climate change on groundwater resources in the Damghanroud watershed using climate projections from CMIP6 models and the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model. The research offers valuable insights into the annual interactions between surface runoff, drought, and aquifer recharge, contributing to improved water resource management in semi-arid environments. Methods: The SWAT model was applied in a semi-arid watershed in central Iran to assess the future impacts of climate change on surface runoff and groundwater recharge. Model setup involved the preparation of spatial and climatic input data, including topography, land use, soil characteristics, and daily meteorological records. Following data preparation, the model was calibrated and validated to ensure reliable simulation performance. Daily climate projections for the 2030–2060 period were obtained from selected CMIP6 climate models. Bias correction techniques, including quantile mapping for precipitation and normalization for temperature data, were applied to improve the accuracy of these projections. All input data were processed using ArcSWAT, and the model was executed to simulate monthly surface runoff and groundwater recharge, which were subsequently aggregated to an annual time scale. To identify trends in the hydrological and meteorological time series, the non-parametric Mann-Kendall test was employed to assess statistical significance, while Sen’s slope estimator was used to measure the rate of change. Furthermore, two drought indices—the Standardized Precipitation Index (SPI) and the Standardized Runoff Index (SRI)—were calculated to analyze the frequency, intensity, and duration of meteorological and hydrological droughts under future climate scenarios. All spatial modeling and analyses were conducted using ArcGIS, while statistical analyses were performed using R and Excel software. Results: The simulation results under the SSP5-8.5 scenario revealed a significant upward trend in the mean annual temperature for the period 2030–2060. Specifically, temperature increases were estimated at approximately 0.4 °C per decade during dry years and 0.2 °C per decade during wet years. Annual precipitation showed a noticeable decline, with reductions of up to 36% and 28% projected for dry and wet years, respectively. Surface runoff also followed a declining trend, with an estimated average annual reduction of 0.15 mm, and particularly in dry years, the reduction exceeded 40%. Groundwater recharge is expected to experience a substantial decrease, especially during drought periods, with annual reductions reaching up to 90% above the long-term average. On average, the annual decline in recharge was projected to be around 0.9 mm. Analysis of drought indices (SPI and SRI) indicates that, although drought intensity may slightly decrease compared to the baseline period, the frequency of drought events is projected to increase. These changes suggest growing instability in groundwater resources due to sharp fluctuations between wet and dry periods in the future. Conclusion: This study demonstrates that future climate changes, under moderate and severe scenarios, will have significant negative impacts on surface and groundwater resources in semi-arid regions. The findings indicate a considerable reduction in precipitation, runoff, and groundwater recharge, accompanied by increasing temperature and consecutive drought events. These changes will severely disrupt the hydrological balance of the region and have profound impacts on agriculture, potable water supply, and sustainable development. Although the overall trend of climate change points to increased climatic stress, the variability in drought intensity over the years suggests that adaptive measures must be dynamic, region-specific, and based on continuous monitoring. One key practical implication of this study is the need to integrate climate change scenarios into regional water resource policies, enhance artificial groundwater recharge measures, and reconsider irrigation and water consumption patterns. Furthermore, the uncertainty in climate model outputs and the spatial heterogeneity of hydrological responses are key challenges in decision-making that require further in-depth studies. Overall, this research emphasizes the necessity of adopting resilient and climate-adaptive strategies for water resource management, particularly in water-stressed regions. It provides a significant step toward developing science-based policies for sustainable water governance in the face of changing climatic conditions and offers valuable guidance for decision-makers and planners.  </div> تغییر اقلیم, مدل SWAT, تغذیه آب زیرزمینی, رواناب, شاخص خشکسالی, سناریوهای SSP Climate Change, SWAT model, Groundwater Recharge, Runoff, Drought Index, SSP Scenarios 108 124 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-450-1&slc_lang=fa&sid=1 Mahin Khosravi مهین خسروی ma.khosravi@semnan.ac.ir 100319475328460015827 100319475328460015827 No Department of Combating Desertification, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran گروه بیابان‌ زدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران Mohammad Reza Yazdani محمد رضا یزدانی m_yazdani@semnan.ac.ir 100319475328460015828 100319475328460015828 Yes Department of Combating Desertification, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran گروه بیابان‌ زدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران Ali Asghar Zolfaghari علی اصغر ذوالفقاری azolfaghari@semnan.ac.ir 100319475328460015829 100319475328460015829 No Department of Arid Areas Management, Faculty of Desert Studies, Semnan University, Semnan, Iran گروه مدیریت مناطق خشک، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران