بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب حوضه دشت ورامین با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اقتصاد کشاورزی- دانشکده کشاورزی- دانشگاه تربیت مدرس- تهران- ایران

2 گروه اقتصاد کشاورزی- دانشکده کشاورزی- دانشگاه تربیت مدرس- تهران- ایران.

چکیده

این پژوهش آثار ناشی از تغییر اقلیم بر دما، بارندگی و رواناب در دوره‌های آتی با کمک مدل آماری LARS-WG و مدل مفهومی هیدرولوژیکی SWAT تحت سناریوهای اقلیمی A1B، A2 و B1 مورد ارزیابی قرار می‌دهد. ابتدا به منظور تولید داده‌های هواشناسی دوره آتی در حوضه مطالعاتی مدل LARS-WG مورد واسنجی قرار گرفت و ضریب تغییرات دمای حداقل، دمای حداکثر و بارش برای دوره‌های آتی به عنوان وردی‌های مدل SWAT شبیه‌سازی شد. نتایج مدل LARS-WG نشان داد که دمای حداقل و حداکثر در دوره‌های آتی افزایش خواهد یافت و نه تنها در مقدار بارش بلکه در الگوی بارش نیز تغییراتی رخ خواهد داد. سپس شبیه‌سازی رواناب به صورت ماهانه و به وسیله مدل SWAT انجام شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی از نرم‌افزار SWAT-CUP و الگوریتم SUFI-2 استفاده شد. ضریب نش- ساتکلیف و ضریب تعیین R^2 برای دوره واسنجی 58/0 و 65/0 و دوره اعتبارسنجی 49/0 و 5/0 به‌دست آمد. سپس با معرفی میانگین نتایج ریزمقیاس شده به مدل SWAT تغییرات رواناب خروجی از حوضه در طی دوره‌های 2011-2030، 2046-2065 و 2080-2099 شبیه‌سازی گردید. نتایج نشان داد که رواناب در دوره 2011-2030 تحت هر سه سناریو در فصول بهار و تابستان افزایش خواهد یافت و در فصول پاییز و زمستان کاهش می‌یابد. همچنین میزان رواناب در دوره‌های 2046-2065 و 2080-2099 در فصول پاییز و زمستان افزایش و در فصول بهار و تابستان کاهش خواهد یافت. این جابجایی فصلی در رواناب ناشی از اثرات تغییر اقلیم به شکل افزایش دما، ذوب برف، تغییر الگوی بارش و ... می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of Climate Change Impacts on Water Resources in Varamin Plain Basin Using SWAT Model

نویسندگان [English]

  • negar shahvari 1
  • sadegh khalilian 1
  • Seyed Habibollah Mosavi 2
  • Seyed Abolghasem Mortazavi, 1
1 Agricultural Economics Department, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Agricultural Economics Department, Tabiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

This study evaluates the effects of climate change on temperature, rainfall and runoff in future periods by LARS-WG statistical model and SWAT hydrological model under A1B, A2 and B1 climate scenarios. First, in order to produce future meteorological data, the LARS-WG model was calibrated and the coefficient of variation of minimum temperature, maximum temperature and precipitation for future periods was simulated as SWAT model vertices. The results of the LARS-WG model showed that minimum and maximum temperature will increase in future periods and there will be changes not only in rainfall but also in the rainfall pattern. Then runoff simulation was performed on a monthly basis by the SWAT model. The SWAT-CUP software and the SUFI-2 algorithm were used for calibration and validation. NS and R^2coefficient for calibration period were 0.58 and 0.65, and for validation period were 0.49 and 0.5. Then, by introducing the average of the results of the SWAT model, the runoff changes from the basin were simulated during the periods 2011-2030, 2046-2065 and 2080-2080. The results showed that runoff in the period of 2011-2030 will increase under all three scenarios in the spring and summer seasons and decrease in autumn and winter seasons. Also, runoff in periods of 2065-2070 and 2080-2080 will be increased under all three scenarios in autumn and winter and will decrease in spring and summer. This seasonal displacement in runoff is due to the effects of climate change in the form of temperature rise, melting snow, changing rainfall patterns, and so on.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Climate change
  • LARS-WG model
  • runoff
  • SWAT model
آذری، م.، مرادی، ح.ر.، ثقفیان، ب.، فرامرزی، م. 1392. ارزیابی اثرات هیدرولوژیکی تغییر اقلیم در حوضه آبخیز گرگانرود. نشریه آب و خاک. 27. 3: 537-547.
بسالت­پور، ع.ا.، ایوبی، ش.ا.، حاج عباسی، م.ع و جلالیان، ا. 1393. واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT با استفاده از الگوریتم پرندگان برای شبیه­سازی رواناب و رسوب در یک حوضه آبخیز کوهستانی. نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار. 4. 4: 295-312.
حاج­محمدی، م.، عزیزیان، ا.، قرمزچشمه، ب.1397. ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر رواناب حوضه کن. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز. 10. 2: 144-156.
زارع­زاده مهریزی، م. 1389. تخصیص منابع آب حوضه آبریز قزل­اوزن- سفیدرود تحت تأثیر تغییر اقلیم با بکارگیری رویکرد ورشکستگی در حل اختلافات. پایاننامه کارشناسی­ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.
منصوری، ب.، احمدزاده، ح.، مساح­بوانی، ع.، مرید، س.، دلاور، م.، لطفی، س. 1393. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب حوضه زرینه­رود با استفاده از مدل SWAT. نشریه آب و خاک. 28. 6: 1191-1203.
 نادری، م. ایلدرمکی، ع.، نوری، ح.، آقا­ امین، س.، زینی­وند، ح. 1397. بررسی تأثیر تغییر کاربری اراضی و اقلیم بر رواناب حوضه­ی آبخیز با استفاده از مدل SWAT (مطالعه­ی موردی: حوضه­ی آبخیز گرین). 14: 23-42.
Al Qatarneh, G.N., Al Smadi, B., Al-zboon, K., and Shatanawi, Kh.M. 2018. Impact of Climate Change on water resources in Jordan: a case study of Azraq basin. Applied Water Science. 50: 1-14.
Daba, M., 2018. Sensitivity of SWAT Simulated Runoff to Temperature and Rainfall in the Upper Awash Sab-Basin, Ethiopia. Hydrology Current Research. 9: 1-7.
Devkota, L.P., Gyawali, D.R. 2015. Impacts of climate change on hydrological regime and water resources management of the Koshi River Basin, Nepal. Journal of Hydrology. 4:502-515.
Ficklin, D.L., Lou, Y., Luedeling, E., Gatzke, S.E., Zhang, M. 2010. Sensitivity of agricultural runoff loads to rising levels of  and climate change in the San Joaquin Valley watershed of California. Environ. Pollute. 15.1: 223-234.
IPCC. Climate Change 2007. Summary for Policy makers, in: Climate Change. Solomon, S.D., Qin, M., Manning, Z., Chen, M., Marquis, K.B, Averyt, M., Tignor, H.L. The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press.Cambridge. 1-18.
IPCC. Climate change. 2001. The science of climate change. Contribution of working group I to the second assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Houghton, J.T., Filho, L.G.M., Callander, B.A., Harris, N., Attenberg, A., Maskell, K. Cambridge University Press, Cambridge. Pp 572.
 
Kishiwa, P., Nobert, J., Kongo, V., Ndomba, P. 2018. Assessment of impacts of climate change on surface water availability using coupled SWAT and WEAP models: case of upper Pangani River Basin, Tanzania. Proceedings of the International Association of Hydrological Science. 378: 23-27.
Rasco, P., Szeidl, L., and Semenov, M.A. 1991. A Serial approach to local stochastic models. J. Ecological Modeling. 57: 27-41.
Schoul, J., Abbaspour, K.C., Yang, H., Srinivasan, R. 2008. Modeling blue and green water availability in Africa. Water Resources Research. Vol. 44, W07406 DOI: 10. 1029/2007WR006609.
Semenov, M.A., Brooks, R.J., Barrow, E.M., Richardson, C.W. 1998. Comparison of the WGEN and Stochastic weather generators in diver’s climates. Climate Research. 10:95-107.
Semenov, M.A., and Barrow, E.M. 2002. A Stochastic weather generator for use in climate impacts studies. User’s manual. Version 3.0.
Shrestha, B., Cochrane, T.A., Caruso, B.S., Arias, M.E., Piman, T. 2016. Uncertainty in flow and sediment projections due to future climate scenarios for the 3S Rivers in the Mekong Basin. Journal of Hydrology. 540(Supplement C):1088-104.
Wilby, R.L., Harris, I.A. 2006. Frame work for assessing uncertainties in climate change impacts: low flow scenarios for the River Thames, UK. Water Resources Research. 42, W02419, DOI: 10.1029/2005WR004065.
Xu, C.H. 1999. From GCMs to river flow: A review of downscaling methods and hydrologic modelling approaches. Progress in physical Geography: Earth and Environment. 23(2):229-249.
Yang, Q., Meng, F.R., Zhao, Z., Chow, T.L., Benoy, G., Rees, H.W., Bourque, C.P.A. 2009. Assessing the impacts of flow diversion terraces on stream water and sediment yields at a watershed level using SWAT model. Agriculture, Ecosystems & Environment. 132:23-31.
Yang, M., Xiao, W., Zhao, Y., Li, X., Huang, Y., Lu, F., Hou, B., and Li, B. 2018. Assessment of Potential Climate Change Effects on the Rice Yield and Water Footprint in the Nanliujiang Catchment, China. Sustainability. 10: 1-19.