دوره 15، شماره 2 - ( پاییز و زمستان 1403 )
جلد 15 شماره 2 صفحات 88-77 |
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:
bayani H, bagheri A, Akbari Nodehi D, Karimi V. (2024). The Effect of Land Use Change on Runoff Using the SWAT Model in the Tajan Watershed. J Watershed Manage Res. 15(2), 77-88. doi:10.61186/jwmr.15.2.77
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1264-fa.html
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1264-fa.html
بیانی هایده، باقری علی، اکبری نودهی داود، کریمی ولی اله. تاثیر تغییرکاربری اراضی بر رواناب با استفاده از مدل SWAT در حوزه آبخیز تجن پژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1403; 15 (2) :88-77 10.61186/jwmr.15.2.77
1- گروه علوم و مهندسی آبخیز، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائمشهر، ایران
2- گروه علوم و مهندسی آب، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائمشهر، ایران
3- بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران
2- گروه علوم و مهندسی آب، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائمشهر، ایران
3- بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران
چکیده: (308 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: تغییر کاربری/پوشش زمین در یک منطقه معین نتیجه مسائل زیست‌محیطی و اجتماعی- اقتصادی و همچنین فعالیت‌های انسانی در طول زمان و مکان است. افزایش و کاهش در رشد جمعیت در سیستم، اقلیم، توسعه مالی و عناصر فیزیکی مانند مناظر، وضعیت درجه و نوع خاک همگی بر تغییرات پوشش زمین کاربری (LULC) تأثیر دارند. بررسی پژوهش‌های صورت گرفته و مستند در خصوص تاثیر تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضه آبخیز، بیانگر آن است که تحقیقات زیادی در این زمینه در سطح ایران و جهان صورت گرفته است. اما تاکنون در زمینه تاثیر الگوی سیمای سرزمین و روند شاخصههای آن مشاهده نشده است.در این مطالعه با در نظرگرفتن یک دوره زمانی 20 ساله در حوزه تجن با استفاده از مدل SWAT تحت سناریوهای تداوم روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندهای تغییر سیمای سرزمین و نیز سناریوهای مدیریتی، رواناب حوزه آبخیز تجن بررسی شد. همچنین با بررسی ارتباط پارامترهای جریان با سنجههای سیمای سرزمین امکانات بالقوه استفاده از سنجههای سیمای سرزمین در مدیریت رواناب حوزه آبخیز را موردتوجه قرار دهد.
مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعاتی حوضه رودخانه تجن (حدود ۴۰۰۰ کیلومتر مربع) است که توسط کوههای البرز در جنوب و دریای خزر در شمال احاطه شده و در استان مازندران واقع شده است. با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT شاخص جریان هیدرولوژیکی محیطی بررسی شد. مدل SWAT یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیع شده و پیوسته است که برای مدیران منابع آب ایجاد شده است تا با در نظر گرفتن تأثیر شیوه‌های مدیریتی مختلف بر جریان رودخانه و آلودگی غیر نقطه‌ای، مناسب‌ترین استراتژی یا راه‌حل را انتخاب کنند. سپس در ادامه با بهرهگیری از نقشه های کاربری اراضی منطقه تحت دوره زمانی 1991، 1995، 2000، 2010 ،2016 ،2020 از نظر تغییرات سیمای سرزمین، میزان شدت جریان حوزه مورد بررسی قرار گرفت. دورههای واسنجی و صحت‌سنجی باتوجه به موجود بودن آمار ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه تجن بهترتیب 2012-1997 و 2018-2013 انتخاب شده‌اند.
یافته‌ها: نتایج شبیه‌سازی نشان داد که مدل SWAT قابلیت شبیه‌سازی خوبی را در برآورد جریان ایستگاه های هیدرومتری کردخیل، پرویج، ریگ چشمه، ورند، واستان، گرم رود، کرچای و علیآباد دارد. شاخص‌های EFC که به جریان‌های کم ماهانه، جریان‌های بسیار کم، پالس‌های جریان بالا، سیل‌های کوچک و سیل‌های بزرگ تقسیم می‌شوند نیز در این مطالعه در نظر گرفته شدند زیرا این اطلاعات برای حفظ یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه بسیار مهم است. اولین گروه EFC جریان کم ماهانه جریان سطحی را نشان می‌دهد، بنابراین هرگونه تغییر در این پارامترها میتواند با در دسترس‌بودن جریان سطحی مرتبط باشد. اساساً، کاهش جزئی در جریان کم ماهانه را می‌توان در ماه‌های آوریل، می و اکتبر تا دسامبر 0.2٪ تا 1.1٪ براساس پیش‌بینی میانگین مجموعه در مقابل، جریان‌های کم ماهانه از جولای تا سپتامبر، درنظر گرفت. پیش‌بینی می‌شود در سطح اطمینان 95 درصد بهمیزان قابلتوجهی بین 4/3 تا 9/4 درصد افزایش یابد. در حالت کلی فرایند جریان با استفاده از SWAT OUTPUT WIEVER برآورد شد. پس از بررسی و قابلیت مدل در تاثیر کاربری اراضی و تاثیر آن بر میزان رواناب، نتایج نشان داد که میزان رواناب در پوشش سرزمین افزایش خواهد یافت، لذا ضروری است استراتژی هایی جهت مدیریت روانآب رودخانه صورت گیرد. دلیل پایین بودن نتایج در یکسری ایستگاه‌ها بهخاطر کمبود تعداد ایستگاه باران‌سنج و سینوپتیک در مناطق برای ثبت بارش شدید در مقیاس روزانه با پوشش فضایی بهتر بود.
نتیجه‌گیری: در مطالعه حاضر، مدل‌سازی SWAT و آنالیز تغییرات سرزمین بهعنوان ابزارهای برنامه‌‌ریزی نو جهت بررسی پویایی سرزمین در حوزه آبخیز تجن از سال 1990 تا 2020 بررسی گردید. نتایج آنالیز تغییرات طی سال‌های 2020-1990، کاهش جنگل را بهمیزان 1211 هکتار نشان داد. بیشترین جنگل‌‌زدایی در حاشیه اراضی کشاورزی قبلی به‌علت دسترسی بهتر مشاهده گردید. به‌علاوه افزایش رشد جمعیت، استفاده چوب جنگل بهعنوان سوخت، ساخت و ساز و تعمیر خانه‌های روستائیان دلایل دیگر جنگل‌‌زدایی در منطقه مورد مطالعه است. از دیگر دلایل تخریب اراضی جنگلی را می‌توان به چرای دام مرتبط دانست. مشابه سایر مطالعات مدل‌سازی، نتایج ارائه‌شده در این تحقیق شامل محدودیت‌‌های ذاتی مختلف می‌باشند و عدم قطعیت مدل‌سازی به‌علت کاربرد شبیه‌سازی جریان پوشش سرزمین در مدل هیدرولوژی چند برابر شد. این مطالعه به‌وضوح اثرات شرایط تغییر پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تجن را در چند بازه پیش‌بینی کرد. اگرچه، کاهش در دسترس بودن آب در اواخر بهار و تابستان میتواند میزان آب جهت آبیاری در پایین‌دست حوزه را به‌خطر اندازد، مگر اینکه مدیریت مناسب آب و ذخیره آن همراه با استفاده و مدیریت بهتر رواناب اجرا شود. نتایج این مطالعه بهویژه اهمیت پوشش سرزمین که میتواند اثر اندک، کاهش و یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را که برای تصمیم‌سازان به‌منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار است، فراهم می‌کند. در نهایت، نتایج این مطالعه بهویژه اهمیت پوشش سرزمین که میتواند اثر اندک، کاهش یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را برای تصمیم سازان به‌منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار که هدف آن مدیریت جریان است را فراهم می‌کند.
مقدمه و هدف: تغییر کاربری/پوشش زمین در یک منطقه معین نتیجه مسائل زیست‌محیطی و اجتماعی- اقتصادی و همچنین فعالیت‌های انسانی در طول زمان و مکان است. افزایش و کاهش در رشد جمعیت در سیستم، اقلیم، توسعه مالی و عناصر فیزیکی مانند مناظر، وضعیت درجه و نوع خاک همگی بر تغییرات پوشش زمین کاربری (LULC) تأثیر دارند. بررسی پژوهش‌های صورت گرفته و مستند در خصوص تاثیر تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضه آبخیز، بیانگر آن است که تحقیقات زیادی در این زمینه در سطح ایران و جهان صورت گرفته است. اما تاکنون در زمینه تاثیر الگوی سیمای سرزمین و روند شاخصههای آن مشاهده نشده است.در این مطالعه با در نظرگرفتن یک دوره زمانی 20 ساله در حوزه تجن با استفاده از مدل SWAT تحت سناریوهای تداوم روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندهای تغییر سیمای سرزمین و نیز سناریوهای مدیریتی، رواناب حوزه آبخیز تجن بررسی شد. همچنین با بررسی ارتباط پارامترهای جریان با سنجههای سیمای سرزمین امکانات بالقوه استفاده از سنجههای سیمای سرزمین در مدیریت رواناب حوزه آبخیز را موردتوجه قرار دهد.
مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعاتی حوضه رودخانه تجن (حدود ۴۰۰۰ کیلومتر مربع) است که توسط کوههای البرز در جنوب و دریای خزر در شمال احاطه شده و در استان مازندران واقع شده است. با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT شاخص جریان هیدرولوژیکی محیطی بررسی شد. مدل SWAT یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیع شده و پیوسته است که برای مدیران منابع آب ایجاد شده است تا با در نظر گرفتن تأثیر شیوه‌های مدیریتی مختلف بر جریان رودخانه و آلودگی غیر نقطه‌ای، مناسب‌ترین استراتژی یا راه‌حل را انتخاب کنند. سپس در ادامه با بهرهگیری از نقشه های کاربری اراضی منطقه تحت دوره زمانی 1991، 1995، 2000، 2010 ،2016 ،2020 از نظر تغییرات سیمای سرزمین، میزان شدت جریان حوزه مورد بررسی قرار گرفت. دورههای واسنجی و صحت‌سنجی باتوجه به موجود بودن آمار ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه تجن بهترتیب 2012-1997 و 2018-2013 انتخاب شده‌اند.
یافته‌ها: نتایج شبیه‌سازی نشان داد که مدل SWAT قابلیت شبیه‌سازی خوبی را در برآورد جریان ایستگاه های هیدرومتری کردخیل، پرویج، ریگ چشمه، ورند، واستان، گرم رود، کرچای و علیآباد دارد. شاخص‌های EFC که به جریان‌های کم ماهانه، جریان‌های بسیار کم، پالس‌های جریان بالا، سیل‌های کوچک و سیل‌های بزرگ تقسیم می‌شوند نیز در این مطالعه در نظر گرفته شدند زیرا این اطلاعات برای حفظ یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه بسیار مهم است. اولین گروه EFC جریان کم ماهانه جریان سطحی را نشان می‌دهد، بنابراین هرگونه تغییر در این پارامترها میتواند با در دسترس‌بودن جریان سطحی مرتبط باشد. اساساً، کاهش جزئی در جریان کم ماهانه را می‌توان در ماه‌های آوریل، می و اکتبر تا دسامبر 0.2٪ تا 1.1٪ براساس پیش‌بینی میانگین مجموعه در مقابل، جریان‌های کم ماهانه از جولای تا سپتامبر، درنظر گرفت. پیش‌بینی می‌شود در سطح اطمینان 95 درصد بهمیزان قابلتوجهی بین 4/3 تا 9/4 درصد افزایش یابد. در حالت کلی فرایند جریان با استفاده از SWAT OUTPUT WIEVER برآورد شد. پس از بررسی و قابلیت مدل در تاثیر کاربری اراضی و تاثیر آن بر میزان رواناب، نتایج نشان داد که میزان رواناب در پوشش سرزمین افزایش خواهد یافت، لذا ضروری است استراتژی هایی جهت مدیریت روانآب رودخانه صورت گیرد. دلیل پایین بودن نتایج در یکسری ایستگاه‌ها بهخاطر کمبود تعداد ایستگاه باران‌سنج و سینوپتیک در مناطق برای ثبت بارش شدید در مقیاس روزانه با پوشش فضایی بهتر بود.
نتیجه‌گیری: در مطالعه حاضر، مدل‌سازی SWAT و آنالیز تغییرات سرزمین بهعنوان ابزارهای برنامه‌‌ریزی نو جهت بررسی پویایی سرزمین در حوزه آبخیز تجن از سال 1990 تا 2020 بررسی گردید. نتایج آنالیز تغییرات طی سال‌های 2020-1990، کاهش جنگل را بهمیزان 1211 هکتار نشان داد. بیشترین جنگل‌‌زدایی در حاشیه اراضی کشاورزی قبلی به‌علت دسترسی بهتر مشاهده گردید. به‌علاوه افزایش رشد جمعیت، استفاده چوب جنگل بهعنوان سوخت، ساخت و ساز و تعمیر خانه‌های روستائیان دلایل دیگر جنگل‌‌زدایی در منطقه مورد مطالعه است. از دیگر دلایل تخریب اراضی جنگلی را می‌توان به چرای دام مرتبط دانست. مشابه سایر مطالعات مدل‌سازی، نتایج ارائه‌شده در این تحقیق شامل محدودیت‌‌های ذاتی مختلف می‌باشند و عدم قطعیت مدل‌سازی به‌علت کاربرد شبیه‌سازی جریان پوشش سرزمین در مدل هیدرولوژی چند برابر شد. این مطالعه به‌وضوح اثرات شرایط تغییر پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تجن را در چند بازه پیش‌بینی کرد. اگرچه، کاهش در دسترس بودن آب در اواخر بهار و تابستان میتواند میزان آب جهت آبیاری در پایین‌دست حوزه را به‌خطر اندازد، مگر اینکه مدیریت مناسب آب و ذخیره آن همراه با استفاده و مدیریت بهتر رواناب اجرا شود. نتایج این مطالعه بهویژه اهمیت پوشش سرزمین که میتواند اثر اندک، کاهش و یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را که برای تصمیم‌سازان به‌منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار است، فراهم می‌کند. در نهایت، نتایج این مطالعه بهویژه اهمیت پوشش سرزمین که میتواند اثر اندک، کاهش یا افزایش بر کمیت آب داشته باشد را تایید کرد. همچنین این مطالعه اطلاعات ارزشمند و مهمی را برای تصمیم سازان به‌منظور طراحی سناریوهای سازگار منطبق با اصول توسعه پایدار که هدف آن مدیریت جریان است را فراهم می‌کند.
فهرست منابع
1. Aalipour Ardi, M., & Jabbarian Amiri, B. (2021). Investigating the Effects of Land Use/Land Cover Composition on River Water Quality. Journal of Civil and Environmental Engineering, 51(103), 83-93 (In Persian).
2. Abbaspour, K. C., Vaghefi, S. A., & Srinivasan, R. (2017). A guideline for successful calibration and uncertainty analysis for soil and water assessment: a review of papers from the 2016 international SWAT conference. Water, 10(1), 6. [DOI:10.3390/w10010006]
3. Aghabeigi Amin, S., Ildromi, A. R., Noori, H. R., & Haghighi Kermanshahi, A. (2016). Impressionability of Suspended Sediment from Land use changes in Dinevar Watershed of Kermanshah Province. Iranian journal of Ecohydrology, 3(4), 611-621 (In Persian).
4. Arnold, J. G., Srinivasan, R., Muttiah, R. S., & Williams, J. R. (1998). Large area hydrologic modeling and assessment part I: model development 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 34(1), 73-89. [DOI:10.1111/j.1752-1688.1998.tb05961.x]
5. Chiang, L. C., Chuang, Y. T., & Han, C. C. (2019). Integrating landscape metrics and hydrologic modeling to assess the impact of natural disturbances on ecohydrological processes in the Chenyulan watershed, Taiwan. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(2), 266. [DOI:10.3390/ijerph16020266]
6. Gabiri, G., Leemhuis, C., Diekkrüger, B., Näschen, K., Steinbach, S., & Thonfeld, F. (2019). Modelling the impact of land use management on water resources in a tropical inland valley catchment of central Uganda, East Africa. Science of the total environment, 653, 1052-1066. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.10.430]
7. Jafari Gorzin, B., Kavian, A., & Solaimani, K. Land use changes and its role in the hydrology of the upstream areas of Siahroud watershed. Journal of Watershed Management Research, 14(27), 26-37 (In Persian). [DOI:10.61186/jwmr.14.27.26]
8. Kiyani Majd, M., Nohtani, M., Dehmardeh Ghaleh No, M. R., & Shikh, Z. (2023). Simulating the Runoff of Watersheds in Dry Areas on A Monthly Scale using the SWAT Model (Case Study: Lar Watershed). Journal of Watershed Management Research, 14(27), 135-145 (In Persian). [DOI:10.61186/jwmr.14.27.135]
9. Li, K. Y., Coe, M. T., Ramankutty, N., & De Jong, R. (2007). Modeling the hydrological impact of land-use change in West Africa. Journal of hydrology, 337(3-4), 258-268. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2007.01.038]
10. Mahiny, A. S., & Turner, B. J. (2003, September). Modeling past vegetation change through remote sensing and GIS: a comparison of neural networks and logistic regression methods. In Proceedings of the 7th international conference on geocomputation. University of Southampton, UK (pp. 1-24).
11. Mehdi, B., Ludwig, R., & Lehner, B. (2015). Evaluating the impacts of climate change and crop land use change on streamflow, nitrates and phosphorus: a modeling study in Bavaria. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4, 60-90. [DOI:10.1016/j.ejrh.2015.04.009]
12. Mekonnen, Y. A., & Manderso, T. M. (2023). Land use/land cover change impact on streamflow using Arc-SWAT model, in case of Fetam watershed, Abbay Basin, Ethiopia. Applied Water Science, 13(5), 111. [DOI:10.1007/s13201-023-01914-5]
13. Mekonnen, Y.A., Mengistu T.D., Asitatikie, A.N., & Kumilachew, Y.W. (2022). Evaluation of reservoir sedimentation using bathymetry survey: a case study on Adebra night storage reservoir. Ethiopia Appl Water Sci, 12(12), 269 [DOI:10.1007/s13201-022-01787-0]
14. Moges, M. A., Schmitter, P., Tilahun, S. A., Ayana, E. K., Ketema, A. A., Nigussie, T. E., & Steenhuis, T. S. (2017). Water quality assessment by measuring and using landsat 7 ETM+ images for the current and previous trend perspective: lake tana Ethiopia. Journal of Water Resource and Protection, 9(12), 1564. [DOI:10.4236/jwarp.2017.912099]
15. Mohammadi, J., Shataee, S., Namiranian, M., & Næsset, E. (2017). Modeling biophysical properties of broad-leaved stands in the hyrcanian forests of Iran using fused airborne laser scanner data and ultraCam-D images. International journal of applied earth observation and geoinformation, 61, 32-45. [DOI:10.1016/j.jag.2017.05.003]
16. Nguyen, H. H., Recknagel, F., Meyer, W., Frizenschaf, J., Ying, H., & Gibbs, M. S. (2019). Comparison of the alternative models SOURCE and SWAT for predicting catchment streamflow, sediment and nutrient loads under the effect of land use changes. Science of the Total Environment, 662, 254-265. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.01.286]
17. Salmani, H., Mohseni, S. M., Rouhani, H., & Salajegheh, A. (2012). Evaluation of land use change and its impact on the hydrological process in the Ghazaghli Watershed, Golestan province. Journal of Watershed Management Research, 3(6), 43 -60 (In Persian).
18. Salmani, H., Sheikh, V. B., Salman Mahiny, A., Ownegh, M., & Fathabadi, A. (2018). Evaluation of Hydrological Response in Tilabad Watershed of Golestan for Future Periods as Affected by the Predicted Land use Change. Iranian journal of Ecohydrology, 5(2), 399-418 (In Persian).
19. Tewabe, D., & Fentahun, T. (2020). Assessing land use and land cover change detection using remote sensing in the Lake Tana Basin, Northwest Ethiopia. Cogent Environ Sci, 6(1), 1778998 [DOI:10.1080/23311843.2020.1778998]
20. Wang, R., Ma, Y., Zhao, G., Zhou, Y., Shehab, I., & Burton, A. (2023). Investigating water quality sensitivity to climate variability and its influencing factors in four Lake Erie watersheds. Journal of Environmental Management, 325, 116449. [DOI:10.1016/j.jenvman.2022.116449]
21. Wilby, R. L. (2005). Uncertainty in water resource model parameters used for climate change impact assessment. Hydrological Processes: An International Journal, 19(16), 3201-3219. [DOI:10.1002/hyp.5819]
22. Zhang, H., Wang, B., Li Liu, D., Zhang, M., Leslie, L. M., & Yu, Q. (2020). Using an improved SWAT model to simulate hydrological responses to land use change: A case study of a catchment in tropical Australia. Journal of Hydrology, 585, 124822. [DOI:10.1016/j.jhydrol.2020.124822]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
