توسعه مدل SWAT-LU برای بررسی و شبیه سازی علل افت تراز دریاچه ارومیه و ارزیابی اثربخشی راه کارهای مطرح در احیای آن )نقش عوامل انسانی و اقلیمی در تغییرات هیدرولوژیکی حوضه و دریاچه(

فرخ‌نیا, اشکان; مرید, سعید; دلاور, مجید; عباس‌پور, کریم

توسعه مدل SWAT-LU برای بررسی و شبیه سازی علل افت تراز دریاچه ارومیه و ارزیابی اثربخشی راه کارهای مطرح در احیای آن )نقش عوامل انسانی و اقلیمی در تغییرات هیدرولوژیکی حوضه و دریاچه(

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ عضو هیات علمی، گروه فرآیندها و پیش‌بینی‌های هیدرواقلیمی، پژوهشکده منابع آب، موسسه تحقیقات آب

² استاد گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس

³ استادیار گروه مهندسی منابع آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

⁴ دانشیار گروه تحلیل سیستم‌ها، ارزیابی و مدل‌سازی یکپارچه، موسسه فدرال تحقیقات علوم و تکنولوژی سوئیس

چکیده

شناخت دلایل خشک شدن سریع دریاچه ارومیه در دهه گذشته و اثر کمی عوامل مختلف بر این روند، اولین گام در تدوین برنامه‌های مناسب برای بهبود شرایط آن می‌باشد که کمتر در قالب تحلیل‌های مستدل علمی مورد ارزیابی قرار گرفته است. از همین رو، تحقیق حاضر ارزیابی اثر کمی عوامل موثر بر تغییر بیلان آبی دریاچه را در دو دسته کلی تغییرات اقلیمی و دخالت‌های انسانی هدف قرار داده است. بدین منظور سناریوسازی حذف منفرد و توام تغییرات مولفه‌های مذکور در دوره زمانی شبیه‌سازی مدل SWAT-LU انجام شد و از مقایسه نتایج حاصل با شرایط موجود، اثر آن‌ها تعیین گردید. بطور خلاصه نتایج این تحلیل‌ها نشان داد که در دوره 22 ساله منتهی به سال 1388، اثر تجمعی تغییرات اقلیمی و انسانی در کاهش جریان ورودی به دریاچه ارومیه تقریبا برابر بوده، اما به دلیل تشدید تغییرات اقلیمی در نیمه دوم این دوره، اثر عوامل اقلیمی بر کاهش حجم آب دریاچه بیشتر بوده است. همچنین تحلیل حساسیت هیدرولوژیکی حوضه آبریز دریاچه ارومیه نیز با استفاده از نتایج مدل نشان داد که کاهش نسبی جزیی در مقدار بارش بلندمدت حوضه منجر به کاهش نسبی بسیار بیشتری در آبدهی حوضه گردید که اثر آن به مراتب بسیار بیشتر از تغییرات دما خواهد بود. بروز روندهای اقلیمی ضعیف می‌تواند روندهای هیدرولوژیکی قابل توجهی را موجب گردد که همین مساله می‌تواند دلایل بروز خشکسالی‌های هیدرولوژیکی دهه اخیر در بخش‌هایی وسیعی از کشور را توضیح دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Development of SWAT-LU Model for Simulation of Urmia Lake Water Level Decrease and Assessment of the Proposed Actions for its Restoration; (Role of Anthropogenic and Climatic Factors on Hydrological Change of the Basin and Lake)

نویسندگان [English]

Ashkan Farokhnia ¹
Saeid Morid ²
Majid Delavar ³
Karim Abbaspour ⁴

¹ Academic Member, Department of Water Resources Research, Water Research Institute

² Prof. of Water Resources Engineering Dept., Tarbiat Modares University

³ Assistant Professor, Department of Water Resources Engineering, Agriculture Faculty, Tarbiat Modares University

⁴ Associate Professor, Department Systems Analysis, Integrated Assessment and Modelling, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology

چکیده [English]

Recognition of the reasons for the rapid drying of Urmia Lake in the last decade and the quantitative effect of various factors on this process are the first steps in developing appropriate measures to improve its conditions, which have been less well-documented. Therefore, the present study aimed to evaluate the quantitative effect of factors affecting the change of the lake water balance in two broad categories, including climate variability and human interference. For this purpose, the single and simultaneous elimination of changes in these components was analyzed using SWAT-LU model and the effect of every factor was determined by comparing the results with the actual condition. In summary, the results of these analyzes showed that during the 22-year period ending in 2009, the cumulative effect of climatic and human-induced changes in reducing the inflow into Urmia Lake was almost equal, but due to the intensification of climate variability in the second half of this period, the effect of climatic factors was dominant in the rapid negative trend of lake water level. Also, hydrologic sensitivity analysis of Urmia Lake watershed showed that a partial reduction in the amount of long-term rainfall would lead to a much higher decline in basin drainage, which would be far more effective than temperature changes. Therefore, the occurrence of weak climatic trends can lead to significant hydrological trends, which can explain the reasons for the hydrological droughts of recent decades in large parts of the country.

کلیدواژه‌ها [English]

Hydrologic simulation
SWAT model
Urmia Lake
Water balance

مراجع

بی‌نام. 1389. بررسی وضعیت بحرانی دریاچه ارومیه. مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی.

جلیلی،ش.، مرید،س.، لوینگستون،د و نامدار قنبری،ر. 1391. مقایسه و تحلیل سری زمانی تراز آب دریاچه‌های ارومیه و وان. تحقیقات آب و خاک ایران. 43. 1 : 95-101.

دلاور،م.، مرید،س و شفیعیفر،م. 1387. شبیهسازی، تحلیل حساسیت و عدم قطعیت تغییرات تراز آب دریاچه ارومیه نسبت به مولفه بیلان آبی آن. مجله هیدرولیک. 3. 1: 45- 56.

فرخ‌نیا،ا. 1394. نقش تغییرات کاربری اراضی و روند در متغیرهای اقلیمی بر هیدرولوژی حوضه آبریز دریاچه ارومیه. رساله دکتری مهندسی سازه‌های آبی. دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

لک،ر.، درویشی‌خاتونی،ج و محمدی،ع. 1390. مطالعات پالئولیمنولوژی و علل کاهش ناگهانی تراز آب دریاچه ارومیه. زمینشناسی کاربردی.

7. 4 : 343-358.

مرید،س. و عرب،د. 1385. طرح مستندسازی اقدامات سازمانهای آبهای منطقهای در مقابله با خشکسالی، دفتر پشتیبانی از طرح‌های کاربردی و پژوهشی، شرکت مدیریت منابع آب ایران، وزارت نیرو

AghaKouchak,A., Norouzi,H., Madani,K., Mirchi,A., Azarderakhsh,M., Nazemi,A., Nasrollahi,N., Farahmand,A., Mehran,A and Hasanzadeh,E. 2015. Aral Sea syndrome desiccates Lake Urmia: call for action. Journal of Great Lakes Research, 41.1:307-311.

Brown,A.E., Zhang,L., McMahon,T.A., Western,A.W and Vertessy,R.A. 2005. A review of paired catchment studies for determining changes in water yield resulting from alterations in vegetation. Journal of hydrology. 310.1:28-61.

Chandler,R and Scott,M. 2011. Statistical methods for trend detection and analysis in the environmental sciences. John Wiley & Sons.

Chen,Z., Chen,Y and Li,B. 2013. Quantifying the effects of climate variability and human activities on runoff for Kaidu River Basin in arid region of northwest China. Theoretical and applied climatology. 111.3:537-545.

Cunderlik,J.M and Burn,D.H. 2004. Linkages between regional trends in monthly maximum flows and selected climatic variables. Journal of Hydrologic Engineering. 9.4:246-256.

Fan,J., Tian,F., Yang,Y., Han,S and Qiu,G. 2010. Quantifying the magnitude of the impact of climate change and human activity on runoff decline in Mian River Basin,China. Water Science and Technology. 62.4:783-791.

Fathian,F., Morid,S and Kahya,E. 2015. Identification of trends in hydrological and climatic variables in Urmia Lake basin,Iran. Theoretical and Applied Climatology. 119.3:443-464.

Hamlet,A.F and Lettenmaier,D.P. 2007. Effects of 20th century warming and climate variability on flood risk in the western US. Water Resources Research. 43.6.

Jalili,S., Hamidi,S.A and Namdar Ghanbari,R. 2016. Climate variability and anthropogenic effects on Lake Urmia water level fluctuations,northwestern Iran. Hydrological Sciences Journal. 61.10:1759-1769.

Jiang,S., Ren,L., Yong,B., Singh,V., Yang,X and Yuan,F. 2011. Quantifying the effects of climate variability and human activities on runoff from the Laohahe basin in northern China using three different methods. Hydrological Processes. 25.16:2492-2505.

Jones,R.N., Chiew,F.H., Boughton,W.C and Zhang,L. 2006. Estimating the sensitivity of mean annual runoff to climate change using selected hydrological models. Advances in Water Resources. 29.10:1419-1429.

Kahya,E and Kalaycı,S. 2004. Trend analysis of stream flow in Turkey. Journal of Hydrology. 289.1:128-144.

Kebede,S., Travi,Y., Alemayehu,T and Marc,V. 2006. Water balance of Lake Tana and its sensitivity to fluctuations in rainfall,Blue Nile basin,Ethiopia. Journal of hydrology. 316.1:233-247.

Kundzewicz,Z and Robson,A. 2000. Detecting trend and other changes in hydrological data. World Meteorological Organization.

Li,B., Su,H., Chen,F., Li,H., Zhang,R., Tian,J., Chen,S., Yang,Y and Rong,Y. 2014. Separation of the impact of climate change and human activity on streamflow in the upper and middle reaches of the Taoer River, northeastern china. Theoretical and applied climatology. 118.1:271-283.

Li,L.J., Zhang,L., Wang,H., Wang,J., Yang,J.W., Jiang,D.J., Li,J.Y and Qin,D.Y. 2007.Assessing the impact of climate variability and human activities on streamflow from the Wuding River basin in China. Hydrological processes. 21.25:3485-3491.

Li,Z., Liu,W., Zhang,X and Zheng,F. 2009. Impacts of land use change and climate variability on hydrology in an agricultural catchment on the Loess Plateau of China. Journal of hydrology. 377.1:35-42.

Lørup,J.K., Refsgaard,J.C and Mazvimavi,D. 1998. Assessing the effect of land use change on catchment runoff by combined use of statistical tests and hydrological modelling: case studies from Zimbabwe. Journal of Hydrology. 205.3:147-163.

Ma,H., Yang,D., Tan,S.K., Gao,B and Hu,Q. 2010. Impact of climate variability and human activity on streamflow decrease in the Miyun Reservoir catchment. Journal of Hydrology. 389.3:317-324.

Sankarasubramanian,A., Vogel,R.M and Limbrunner,J.F. 2001. Climate elasticity of streamflow in the United States. Water Resources Research. 37.6:1771-1781.

Shifte-Some'e,B., Ezani,A and Tabari,H. 2012. Spatiotemporal trends and change point of precipitation in Iran. Atmospheric research. 113:1-12.

Soltani,S., Saboohi,R and Yaghmaei,L. 2012. Rainfall and rainy days trend in Iran. Climatic change. 110.1:187-213.

Thanasis,V., Efthimia,B.S and Dimitris,K. 2011. Estimation of linear trend onset in time series. Simulation Modelling Practice and Theory. 19.5:1384-1398.

Vano,J.A., Das,T and Lettenmaier,D.P. 2012. Hydrologic sensitivities of Colorado River runoff to changes in precipitation and temperature. Journal of hydrometeorology. 13.3:932-949.

Vano,J.A and Lettenmaier,D.P. 2014. A sensitivity-based approach to evaluating future changes in Colorado River discharge. Climatic change. 122.4:621-634.

Wang,J., Ishidaira,H and Xu,Z. 2012. Effects of climate change and human activities on inflow into the Hoabinh Reservoir in the Red River basin. Procedia Environmental Sciences. 13:1688-1698.

Wang,W., Shao,Q., Yang,T., Peng,S., Xing,W., Sun,F and Luo,Y. 2013.Quantitative assessment of the impact of climate variability and human activityes on runoff changes: a case study in four catchments of the Haihe River basin,China. Hydrological Processes. 27.8:1158-1174.

Wang,X. 2014. Advances in separating effects of climate variability and human activity on stream discharge: An overview. Advances in Water Resources. 71:209-218.

Xu,Z., Takeuchi,K and Ishidaira,H. 2003. Monotonic trend and step changes in Japanese precipitation: Journal of hydrology. 279.1:144-150.

Zang,C., Liu,J., Jiang,L and Gerten,D. 2013. Impacts of human activities and climate variability on green and blue water flows in the Heihe River Basin in Northwest China. Hydrology and Earth System Sciences Discussions. 10.7:9477-9504.

Zhang,X., Liu,Y., Fang,Y., Liu,B and Xia,D. 2012. Modeling and assessing hydrologic processes for historical and potential land-cover change in the Duoyingping watershed, southwest China. Physics and Chemistry of the Earth,Parts A/B/C. 53:19-29.

Zhao,F., Zhang,L., Xu,Z and Scott,D.F. 2010. Evaluation of methods for estimating the effects of vegetation change and climate variability on streamflow. Water Resources Research. 46.3:358-343.