اثر تغییرات میان‌مدت در اقلیم و کاربری اراضی بر میزان کاهش جریان در حوضه آبریز کرخه
محورهای موضوعی : مدیریت منابع آبعلیرضا چگنی زاده 1 , حمیدرضا ربیعی فر 2 , حسین ابراهیمی 3 , محمود ذاکری نیری 4
1 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، .ایران.
3 - گروه علوم و مهندسی آب، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
4 - گروه مهندسی عمران ،واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
کلید واژه: پاسخ هیدرولوژیکی, مدلسازی حوضه آبریز, SWAT, کرخه,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: بررسی تغییرات جریان در آینده از عوامل بسیار مهم در سیاست گذاری و تعیین راهبرد یک حوضه آبریز به شمار می رود. دو پارامتر تاثیرگذار بر جریان، تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی است. نحوه تاثیرگذاری این دو پارامتر بر روی جریان آب با توجه به اثری است که هر کدام بر روی چرخه هیدرولوژیکی ایجاد می‌کنند. پژوهش حاضر به بررسی و ارزیابی تاثیرات تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی بر جریان سطحی در یکی از حوضه های آبریز در جنوب غرب ایران، کرخه، می‌پردازد. این حوضه آبریز به عنوان یکی از مهمترین و راهبردی ترین حوضه های آبریز جهت تامین امنیت غذایی و همچنین تولید برق، در ایران شناخته می شود.روش پژوهش: پژوهش حاضر از مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) جهت بررسی تاثیر تغییراقلیم و کاربری اراضی بر حوضه آبریز کرخه استفاده کرده است. در مجموع 15 سناریو مورد بررسی قرار گرفته است. این سناریوها در ابتدا تغییرات بر روی هر کدام از اقلیم ها و کاربری های اراضی را به صورت جداگانه بررسی کرده و سپس تاثیر همزمان این دو پارامتر در بازه زمانی میان مدت بر جریان سطحی را مورد بررسی قرار می دهند. تغییرات در اقلیم با استفاده از سناریوهای RCP و مدل های گردش عمومی جو (GCM) برای دو GCM متفاوت CMCC-CESMو MRI-CGCM3 در سری 4.5 و 8.5 در بازه زمانی میان مدت(2040 تا 2060 ) مورد بررسی قرار گرفته‌اند. تغییرات اعمال شده بر کاربری اراضی در دو حالت متفاوت بر اساس سیاستگذاری های آینده ایران است. تغییرات در این سیاست گذاری ها با استفاده از برنامه ششم توسعه، طرح 550 هزار هکتاری، طرح آمایش سرزمین از منظر کشاورزی و همچنین میزان افزایش جمعیت در منطقه با توجه به سناریوهای ارائه شده در طرح پژوهشکده آمار ایران صورت گرفته است.یافته‌ها: جهت کالیبراسیون مدل از 9 پارامتر و دو تابع هدف نش-ساتکلیف (NSE) و R2 در 6 ایستگاه هیدرومتری استفاده شده است. بر اساس یافته های این پژوهش بیشترین میزان حساسیت مدل به پارامتر CN2 است. در کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل، تمام ایستگاه ها مقادیر بالای 0.5 برای توابع هدف مورد نظر داشته اند. تغییرات در بارش و دما از دیگر یافته های این پژوهش است. بر اساس نتایج به دست آمده از آنالیز داده های بارش، در تمام ماه ها کاهش میزان بارش قابل مشاهده است و بیشترین میزان کاهش مربوط به فصل پاییز با کاهش 7.83 تا 8.23% است و بیشترین میزان کاهش مربوط به سناریو 8.5 است.نتایج: نتایج به دست آمده از تغییرات اقلیم نشان دهنده آن است که در بازه میان مدت بیشترین میزان تغییرات در سناریو RCP8.5 به دست می آید که شامل کاهش 14.3 تا 22.8% در میزان رواناب خواهد بود. نتایج به دست آمده از تغییرات کاربری اراضی بر اساس سیاست گذاری های آینده در ایران نشان دهنده کاهش حداکثری 7% در میزان رواناب متوسط ماهیانه است. در صورت بررسی همزمان تغییرات در اقلیم و کاربری اراضی بر روی میزان متوسط جریان می توان به این نتیجه رسید که در سناریو RCP8.5 بیشترین میزان تغییر رخ خواهد داد.
Background and Aim: Investigating future flow changes is a very important factor in policy-making and determining the strategy of a catchment. Two very important parameters affecting the flow are climate change and land use change. How these two parameters affect the water flow is due to the effect that each of them has on the hydrological cycle. The present study investigates and evaluates the effects of climate change and land use change on surface flow in one of the catchments in southwestern Iran, Karkheh. This catchment is known as one of the most important and strategic catchments for food security and electricity generation in Iran. This catchment is one of the most critical and strategic catchments for providing food security and electricity generation in Iran.Method: The present study uses the soil and water assessment model (SWAT) to investigate the impact of climate change and land use on the Karkheh catchment. A total of 15 scenarios have been studied. These scenarios, firstly investigate the changes on each climate and land uses separately, and then the simultaneous impact of these two parameters in the mid-term on the surface flow is analyzed. Climate change has been studied using RCP scenarios and general atmospheric circulation (GCM) models for two different GCMs, CMCC-CESM and MRI-CGCM3 in the 4.5 and 8.5 series over the mid-term (2040 to 2060). The changes applied to land use in two different cases are based on Iran's future policies. Changes in these policies have been made using the Sixth Development Plan, the 550,000-hectare Plan, the Land Management Plan from an agricultural perspective, and the population growth rate in the region according to the scenarios considered in the plan of the Statistics Research Institute of Iran.Results: To calibrate the model, 9 parameters and two objective functions NSE and R2 were used in 6 hydrometric stations. Based on the findings of this study, the highest sensitivity of the model is to the CN2 parameter. In model calibration and validation, all stations have values above 0.5 for the intended objective functions. Changes in precipitation and temperature are other findings of this study. Based on the results obtained from the analysis of precipitation data, a decrease in precipitation is visible in all months, and the highest drop is related to the autumn season, with a decline of 7.83 to 8.23%, and the lowest reduction is dedicated to 8.5 scenario.Conclusion: The results of climate change illustrate that in the mid-term, the most changes will be achieved in the RCP8.5 scenario which include a 14.3 to 22.8% reduction in runoff. The results obtained from land use changes based on future policies in Iran show a maximum decrease of 7% in the average monthly runoff. If the changes in climate and land use are studied simultaneously based on the average flow rate, it can be concluded that in the RCP8.5 scenario, the most change will occur.
Ahmad, MD, and M Giordano. 2010. "The Kharkheh River Basin: the food basket of Iran under pressure." water internatinal 522-544.
Ahmadi, Karim. 2017. Agricultural Statistics. Tehran: Ministry of Agriculture.[In Persian]
Ardakanian, Reza. 2005. "Overview of Water Managment in Iran." water conservation, Reuse, and Recycling: procedings of an Iranian- Amarican Workshop. Washington DC: The National Academies press. 18-33.
Bahareh Kamali, Karim C. Abbaspour, Hong Yang. 2017. "Assessing the uncertainty of multipule input Datasets in the Prediction of water resource Components." Water 1-16.
BCA&ME. 2016. Comprehensive Assessmaent of natinal water resources development: karkheh river basin. Behan sadd Company in association with Ministry of Energy. [In Persian]
Chegnizadeh, Alireza, and Mohammad Javad Bahmani. 2019. "The impacts of climate change on the lorestan province." 6th. Nathonal congress on civil engineering, Architecture & urban development. Tehran: ICSAU. [In Persian]
Chegnizadeh, Alireza, mohammad javad Bahmani, and Hamid reaz Rabeifar. 2019. "The effects of metorological parameters of east Azarbaijan Province on Climate Change." 1'st International conferance on architecture, civil and Municipal Engineering. Paris: ICACME.
DCPLR. 2017. Law of the Sixth Five-Year Economic, Social and Cultural Development Plan of the Islamic Republic of Iran. Tehran: The Legal Vice President of the Islamic Republic of Iran:Deputy for compiling and publishing laws and regulations. [In Persian]
Ebrahimi, H. 2005. " Investigating the changes in trend and forecasting the potential evapotranspiration in Mashhad plain." Journal of Agricultural Sciences, Islamic Azad University, Science and Research Branch. [In Persian].
Ebrahimi, H. Alizadeh, A. Javanmard, S. 2005. "Investigating the existence of temperature change in Mashhad plain as an indicator of climate change.." Journal of Geographical Research Quarterly 5-18. [In Persian]
Farahani H., Oweis T. 2008. Chapter One Agricultural water productivity in Karkheh River Basin. ICARDA, Aleppo, Syria: Improving On-Farm Agriculture water Productivity in karkheh river basin.
Hamid R. Solaymani, A. K. Gosain. 2015. "AssAssessment of climate change impacts in a semi-arid watershed in Iran using regional climate models." Journal of Water and Climate Change 161-180.
Hamideh Kazemi, Hossein hashemi, Fatemeh Fadia Maghsood, Seyyed hasan hosseini, ranjan Sarukkalige, sadegh Jamali, Ronny Berndtsson. 2021. "Climate vs. human impacts: Quantitative and Qualitative Assessmaent of streamflow Variation." Water 1-24.
Han Thi Oo, Win Win Zin, Cho Cho Thin Kyi. 2020. "Analysis of streamflow Response to Climate Change Conditions using SWAT model." Civil Engineering Journal 194-208.
I. Masih, s. Uhlenbrook, S.Maskey, V.Smakhtin. 2011. "Streamflow trends and climate linkages in the zagros mountains, Iran." Climate Change 317-338.
I.Masih, S. Uhlenbrook, S.Maskey,M.D.Ahmad. 2010. "regionalization of the conceptual rainfall-runoff model based on similarity of the flow duration curve: Acase study from the semi Arid karkheh basin, Iran." journal of Hydrology 188-201.
Ilyas Masih, Shreedhar Maskey, Stefan UhlenBrook, Vladimir Smakhtin. 2011. "Assessing the impacts of areal precipitation input on streamflow simulations using the swat model." Academia (Journal Of the American water resources Association) 47 (1): 179-195.
J. G. Arnold, D.N.Moriasi, P.W. Gassman, K.C.Abbaspour, M.J.White, R.Srinivasan, C.Santhi, R.D.Harmel, a. van Griensven, M.W. van liew, N.Kannan, M.K.Jha. 2012. "SWAT:Model Use, calibration, and validation." ASABE 1491-1508.
K.C. Abbaspour, E. Rouholahnejad, S. Vaghefi, R. Srinivasan, H. Yang, B. klove. 2015. "A continental-Scale hydrology and water quality model for Europe: Calibration and uncertainty of a high resolution large-scale SWAT model." Journal of Hydrology 733-752.
K.C.Abbaspour. 2007. User manual for SWAT-CUP, SWAT calibration and uncertanity analysis programs. Dubendorfe, Switzerland: Eawag.
karim C. Abbaspour, Saeid Ashraf Vaghefi, Reghvan Srinivasan. 2017. "A guideline for successsful calibration and uncertanty analysis for soil and water Assessment: A review of papers from the International SWAT conference." Water 1-18.
Karim C.Abasspour, Monireh Faramarzi, Samaneh seyed Ghasemi, Hong Yang. 2009. "Assessing the Impact of Climate change on water resources in Iran." Water resources research 1-16.
laurent Ahiablame, Tushar Sinha, Manashi paul, jae-Hyung Ji, Adnan Rajib. 2017. "Streamflow response to potential landuse and climate changes in the James River watershed, upper Midwest united States." journal of hydrology: regional Studies (Journal of Hydrology) 14 (11): 150-166.
Marco Napoli, LucianoMassetti, Simone Orlandini. 2017. "Hydrolical response to landuse and climate changes in a rural hilly basin in Italy." Catena (Catena) 5 (157): 1-11.
Mohammad Sadegh Abbasian, sanaz moghim, ahmad Abrishamchi. 2018. "Perfomance of the general circulation models in simulating temperature and preciitation over Iran." Theoretical and applied Climatology 24-56.
Monireh Faramarzi, Karim C. Abbaspour, Rainer Schuline, Hong Yang. 2009. "Modeling Blue and green water resources avaibality in Iran." Hydrological Processes 486-501.
Mousavi, SF. 2005. "Agriculture Droghte managment in Iran." proceeding of an Iranian American Workshop. Washington DC: The National Academic Press. 107-113.
R.A.Barkey, M.F. Mappiasse, M.Nursaputra. 2017. "Model of climate and LAND-USE changes impact on water security in Ambon city, Indonesia." Journal of Geomatics and planning 97-108.
R.C.C Puno, G.R. Puno, B.A.M. Talisay. 2019. "Hydrologic responses of watershed assessment to land cover and climate change using soil and water assessmet tool madel." Global Jornal of enviromental Science and management 71-82.
S. Ashraf Vaghefi, S.J.Mousavi, K.C.Abbapour, R.Srinivasan, H Yang. 2013. "Analyses of the impact of climate change on the water resourses components, drought and wheat yield in semiarid regions: Karkheh river basin in Iran." Hydrological Processes 1-15.
Saeed Jamali, Ahmad Abrishamchi, Migual A.Marino, Aida Abbasnia. 2011. "Climate change impact assessment on hydrology of kharkheh basin, Iran." Institution of civil engineers 1-12.
Saeid Ashrafe Vaghefi, Karim C. Abbaspour, Monireh Faramarzi, Raghavan Srinivasan , Jeffry G. Arnold. 2017. "Modeling Crop Water Productivity Using a coupled SWAt-MODSIM Model." Water 1-15.
Sandra R.villamizar, Sergio M.Pineda, Gustavo A.Carriollo. 2019. "The effects of Landuse and climate Change on the water Yield of a watershed in colombia." Water (Water) 11 (285): 1-19.
Sangam Shrestha, Aung Ye Htut. 2016. "Land use and climate change Impacts on the Hydrology of the Bago River Basin, Miyanmar." Environ Model Assess 1-15.
Sara Marjanizadeh, Charlotte de Fraiture, Wiilibade Loiskandl. 2010. "Food and water scenarios for the karkheh river basin, Iran." Water International 409-424.
SHAHOEI, S. V., J PORHEMMAT, H. SEDGHI, M. HOSSEINI, and A. SAREMI. 2018. "Daily runoff simulation using remote sensing through SRM model and comparison to SWAT model." APPLIED ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL RESEARCH 1843-1862.
Shilum Zhou, Wanchang Zhang, Yuedong Guo. 2020. "Impacts of Climate and land-use change on the hydrological processses in the Amur river basin." Water 1-24.
Tamm, Ottar, and Allar Padari, Toomas Tamm Siim Maasikamae. 2018. "Modelling the effects of landUse and climate change on tthe water resources in the eastern Baltic Sea region using the SWAT model." Catena 78-89.
Xin Jin, yanxiang Jin, Xufeng Mao. 2019. "Land use/cover change effects on the river basin Hydrological processes based on a modified soil and water assessmaent tool: a case study of the Heihe River basin in the northwest china's Ariad region." Sustainability 1-18.
Yashar makhtoumi, Simeng Li, Victor Ibeanusi, Gang Chen. 2020. "Evaluating Water Balance Variables under Land use and climate projections in the upper Chocatawhatchee River watershed, In Southeast US." Water 1-33.
yasser ghobadi, biswajeet pradhan, ghlam abbas sayyad, Kavian Kabiri, Yashar Falamarzi. 2015. "Simulation of hydrological processes and effects of enginnering projects on the kharkheh River basin and its wetland using SWAT2009." Quaternary International 1-15.