Journal of Watershed Management Research

fa تغییرات دبی جریان حوزه‎ های آبخیز شرق استان مازندران تحت تاثیر تغییر اقلیم River Discharge Changes in Eastern Watersheds of Mazandaran Province under the Impact of Climate Change هيدرولوژی هيدرولوژی پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: تغییر اقلیم به&lrm;صورت مستقیم روی مؤلفه&lrm;های هیدرولوژیک و منابع آبی تاثیرگذار است و جریان خروجی از حوضه را تحت تاثیر قرار می&lrm;دهد. محاسبه میزان تغییرات احتمالی در مقادیر بارش و رواناب نقش مهمی در سیاست&lrm;گذاری و برنامه&lrm;ریزی منابع آب در شرایط تغییر اقلیم خواهد داشت. در این پژوهش شبیه&lrm;سازی رواناب حوزه&lrm;های آبخیز شرق استان مازندران (تالار، تجن، نکارود و بابل&lrm;رود) تحت تاثیر تغییر اقلیم در دوره زمانی آتی (2040-2021) مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش&lrm;ها: برای بررسی تغییر اقلیم، از یکی از مدل&lrm;های گردش عمومی جوی- اقیانوسی با نام HadGEM2 تحت سناریوهای اقلیمی ( RCP 2.6 و RCP 8.5) استفاده شده است. برای ریزمقیاس نمایی داده&lrm;های اقلیمی از مدل Lars-WG طی سه مرحله کالیبره کردن داده&lrm;ها، ارزیابی داده&lrm;ها و تولید داده&lrm;های هواشناسی برای دوره آتی استفاده شد. برای این&lrm;منظور از داده&lrm;های روزانه بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی ایستگاه&lrm;های 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 شبیه&lrm;سازی داده&lrm;های هواشناسی از طریق مقایسه داده&lrm;های تولید شده توسط مدل HadGEM2 و داده&lrm;های مشاهداتی موجود در دوره پایه، این مدل جهت تولید داده&lrm;های آتی با استفاده از سناریوهای اقلیمی( RCP 2.6 و RCP 8.5) اجرا شد و مقادیر روزانه داده&lrm;های اقلیمی بارش، بیشینه و کمینه دما و ساعات آفتابی 40 سال آینده (2021-2060) تولید و شبیه&lrm;سازی شد. برای شبیه&lrm;سازی جریان در دوره آتی و بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب، از مدل هیدرولوژیکی IHACRES که یک مدل پیوسته مفهومی- دینامیکی برای شبیه&lrm;سازی بارش-رواناب در مقیاس حوضه است، با استفاده از سناریوهای اقلیمی استفاده شد. به این منظور، داده&lrm;های بارش، دمای میانگین و دبی روزانه دوره فعلی (2016-1997) چهار حوضه وارد نرم&lrm;افزار IHACRES شد. سپس دو دوره زمانی 2008-1997 و 2016-2009 به&lrm;ترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی به&lrm;منظور تعیین عملکرد مدل IHACRES در توانایی شبیه&lrm;سازی دبی دوره آتی انتخاب شد. پس از واسنجی و اعتبارسنجی، داده&lrm;های اقلیمی تولید شده توسط مدل HadGEM2 وارد IHACRES شد و سری روزانه دبی برای دوره آتی (2040-2021) پیش&lrm;بینی شد. سپس میانگین سالانه دبی&lrm;های مشاهداتی در دوره فعلی و دبی&lrm;های شبیه&lrm;سازی شده در دوره آتی تحت سناریوهای RCP 2.6 و RCP 8.5 و همچنین متوسط 20 ساله رواناب در ایستگاه&lrm;ها در دوره آتی با دوره مشاهداتی مقایسه و ارزیابی شد. یافته&lrm;ها: یافته&lrm;های حاصل از بررسی تغییر اقلیم نشان داد در هر چهار حوضه، میانگین ماهانه دمای کمینه و دمای بیشینه در تمامی ماه&lrm;های 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 ماه&lrm;های مختلف متفاوت است. یافته&lrm;های حاصل از پیش&lrm;بینی رواناب نشان داد تغییرات دبی حوضه&lrm;ها تحت شرایط تغییر اقلیم نسبت به دبی دوره فعلی، ثابت نیست که دلیل آن می&lrm;تواند ثابت نبودن روند تغییرات بارش دوره آتی نسبت به دوره فعلی باشد. همچنین در برخی سال&lrm;ها در دوره آماری آتی علی&lrm;رغم افزایش میانگین بارش، دبی در دوره آینده کاهش می&lrm;یابد که احتمالاً دلیل آن&lrm;را می&lrm;توان به افزایش دما در دوره آتی بر اثر تغییر اقلیم ارتباط داد. اما در مورد افزایش دبی علی&lrm;رغم کاهش میانگین بارش آن سال، یکی از دلایل آن می&lrm;تواند امکان رخداد بارش&lrm;های با شدت بالا یا رگباری در آن سال موردنظر باشد که باعث افزایش میزان دبی شده است. متوسط 20 ساله دبی پیش&lrm;بینی شده در ایستگاه&lrm;های 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 شبیه&lrm;سازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 6/18 و سناریو RCP 8.5 برابر با 6/12 متر مکعب بر ثانیه به&lrm;دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 7/41 مترمکعب بر ثانیه می&lrm;باشد، کاهش نشان می&lrm;دهد. در ایستگاه سلیمان تنگه در حوضه تجن دبی پیش&lrm;بینی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 7/33 و سناریو RCP 8.5 برابر با 7/29 متر&lrm;مکعب بر ثانیه به&lrm;دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 9/82 مترمکعب بر ثانیه می&lrm;باشد، کاهش یافته است. در ایستگاه سفیدچاه در حوضه نکارود دبی شبیه&lrm;سازی شده تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 3/85 و سناریو RCP 8.5 برابر با 3/72 مترمکعب بر ثانیه به&lrm;دست آمده که در مقایسه با دبی مشاهداتی که برابر با 4/10 مترمکعب بر ثانیه می&lrm;باشد، کاهش می&lrm;یابد. اما در ایستگاه بابل در حوضه بابل&lrm;رود، دبی تحت سناریو RCP 2.6 برابر با 11/40 مترمکعب بر ثانیه پیش&lrm;بینی شد که نسبت به دبی دوره مشاهداتی که برابر با 11/34 مترمکعب بر ثانیه می&lrm;باشد، افزایش یافته است، در صورتی&lrm;که دبی تحت سناریو RCP 8.5 با مقدار برابر با 11/22 مترمکعب بر ثانیه کمتر از دبی مشاهداتی شبیه&lrm;سازی شد. نتیجه&lrm;گیری: به&lrm;طور کلی تاثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب یکی از چالش&lrm;های پیش&lrm;روی برنامه&lrm;ریزان منابع آب است و می&lrm;تواند پیامدهای جدی را متوجه اکوسیستم&lrm;ها و جوامع کند. بر اساس یافته&lrm;های پژوهش و اهمیت آثار تغییر اقلیم در وضعیت هیدرولوژی حوضه&lrm;های منطقه مطالعاتی، اعمال سیاست&lrm;های مناسب به&lrm;منظور مدیریت پایدار منابع آب ضروری است.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Climate change directly impacts hydrological components, water resources, and watershed outflow. Calculating the amount of possible changes in rainfall and runoff will play an important role in the policy-making and planning of water resources under climate change conditions. In this research, runoff simulation in the eastern watersheds of Mazandaran province (Talar, Tajan, Nekarood, and Babolrood) was investigated under the impact of climate change in the future period (2021-2040). Methods: In this research, one of the atmospheric-ocean general circulation models, named HadGEM2, was used under climate scenarios (RCP 2.6 and RCP 8.5) to investigate climate change. The Lars-WG model was used for the downscaling of climate data during three stages of data calibration, data evaluation, and meteorological data generation for the future period. This purpose was achieved using the daily data of rainfall, maximum and minimum temperatures, and sunshine hours of the selected stations of four watersheds in the current period (1997-2016), and the model was implemented for the base period. After ensuring the ability of the Lars-WG model to simulate meteorological data by comparing the data produced by the HadGEM2 model and the observational data of the base period, this model was implemented to generate future data using climate scenarios (RCP 2.6 and RCP 8.5). The daily values of the climate data of rainfall, maximum and minimum temperatures and sunshine hours were produced and simulated for the next 40 years (2021- 2060). Runoff simulation in the future period and the effect of climate change on runoff were investigated with the IHACRES hydrological model, which is a continuous conceptual-dynamic model for simulating rainfall-runoff at the watershed scale, using climate scenarios. For this purpose, the daily data of rainfall, mean temperature, and discharge of the current period (1997-2016) in four watersheds were introduced into the IHACRES software. Then, the 1997-2008 and 2009-2016 periods were selected for calibration and validation, respectively, to determine the ability of the IHACRES model to simulate future runoff. After calibration and validation, the climate data produced by the HadGEM2 model were introduced into IHACRES, and the daily series of discharge was predicted for the future period (2021-2040). Then, the annual average of the observed discharges in the current period and the simulated discharges in the future period under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios, as well as the 20-year average runoff in the stations in the future period, were compared and evaluated with the observation period. Results: The results of the climate change investigation showed that mean monthly minimum and maximum temperatures in all months of the future period would increase in all four watersheds in both scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5 compared to the current period (1997-2016). Compared to the current period, the mean monthly rainfall in both scenarios does not have a constant trend and is different in various months. The results of the runoff simulation show that the changes in the discharge of the watersheds under the effect of climate change are not constant compared to the discharge of the current period. This could be attributed to the inconsistency of the trend of changes in the precipitation of the future period compared to the current period. Despite the increase in the average rainfall, the discharge will decrease in some years in the future period, which can probably be related to the increase in temperature in the future period due to climate change. Despite the decrease in the average rainfall of that year, the increase in discharge could be caused by, for example, the possibility of heavy rains or showers in that year, thereby increasing the amount of discharge. Compared to the current period, the 20-year mean of the predicted discharge has decreased in the selected stations (Talar, Tajan, and Nekarood watersheds) in the future period for both scenarios. In the station considered for the Babolrood watershed, however, this value has increased in the RCP 2.6 scenario compared to the current period. In the Polsefid station of the Talar watershed, the simulated discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 6.18 and 6.12 m3/s, respectively, which shows a decrease compared to the observed discharge of 7.41 m3/s. In the Soleimantange station of the Tajan watershed, the predicted discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 7.33 and 7.29 m3/s, respectively, which has decreased compared to the observed discharge of 9.82 m3/s. In the Sefidchah station of the Nekarood watershed, the simulated discharge under the RCP 2.6 and RCP 8.5 scenarios was equal to 3.85 and 3.72 m3/s, which reveals a decline compared to the observed discharge of 4.10 m3/s. In the Babol station of the Babolrood watershed, however, the discharge under the RCP 2.6 scenario was predicted to be equal to 11.40 m3/s, which has increased compared to the discharge (11.34 m3/s) during the observation period. Under the RCP 8.5 scenario, it was simulated with a value of 11.22 m3/s, less than the observed discharge. Conclusion: In general, the impact of climate change on water resources is one of the major challenges facing water resources planners and can have serious consequences for ecosystems and communities. Based on the findings of the research and the importance of climate change effects on the hydrological conditions of the watersheds in the study area, it is necessary to apply appropriate policies for the sustainable management of water resources.  </div> تغییر اقلیم, شبیه‎ سازی رواناب, مدل ریزمقیاس نمایی Lars-WG, مدل هیدرولوژیکی IHACRES, واسنجی Calibration, Climate Change, IHACRES Hydrological Model, Lars-WG Downscaling Model, Runoff Simulation 14 28 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-78-6&slc_lang=fa&sid=1 Faeze Jafari فائزه جعفری faeze_jafari86@yahoo.com 100319475328460014133 100319475328460014133 No Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Iran گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران Hamidreza Moradi حمید رضا مرادی hrmoradi@modares.ac.ir 100319475328460014134 100319475328460014134 Yes Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Iran گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران Ali Bagheri علی باقری a.baghery@gmail.com 100319475328460014135 100319475328460014135 No Department of Water Management and Engineering, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران