کاربرد مدل IHACRES برای ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر دبی حوضه آبریز تجن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

تغییر اقلیم و گرمایش کره‏ی زمین یکی از مسائل مهم جهان در عصر کنونی می‏باشد و در حال گسترش به سرتاسر کره‏ی زمین است و آثار زیان‌بار آن بر منابع آبی بر کسی پوشیده نیست. ازاین‌رو پیش‏بینی تغییرات اقلیمی یک منطقه، نقش مهمی در برنامه‏ریزی و مدیریت منابع آبی خواهد داشت. هدف از این پژوهش ارزیابی اثرات این پدیده بر روی دبی حوضه آبریز تجن در دوره‏ی آتی می‏باشد. به این منظور در گام اول شبیه‏سازی پارامترهای دما و بارش با استفاده از مدل جوی CANESM2 تحت سناریوهای جدید انتشار RCP2.6 و RCP8.5 و ریزمقیاس‏سازی خروجی‏های مدل جوی با مدل SDSM انجام شد. سپس شبیه‏سازی دبی روزانه حوضه در دوره آتی با مدل بارش-رواناب IHACRESانجام شد. برای بررسی دقیق‏ عملکرد و خطای مدل ریزمقیاس‏سازی SDSM از آزمون ناپارامتری من- ویتنی استفاده شد که نشان از کارایی مدل در ریزمقیاس‌سازی دما و بارش در ایستگاه‏های مورد مطالعه داشت. به‏طور کلی نتایج مدل نشان داد که میانگین دمای سالانه حوضه در دوره آتی (2049-2020) نسبت به دوره پایه این تحقیق (2005-1976) تحت دو سناریو RCP 2.6 و RCP 8.5، 79/0 و 14/1 افزایش و مقدار بارش به‏ترتیب تحت همان دو سناریو 15 و 18 میلی‌متر کاهش خواهد یافت. در گام آخر نتایج واسنجی و صحت سنجی مدل IHACRES بررسی شد طی این دو مرحله شاخص ارزیابی نش- ساتکلیف (NSE)، 45/0 و 40/0 به‌دست آمد که بیانگر دقت قابل‌قبول مدل در شبیه‏سازی دبی می‏باشد. با توجه به نتایج این تحقیق، پیش‏بینی شد که میزان دبی تحت دو سناریوی RCP 2.6 و RCP 8.5 در دوره آتی نسبت به دوره پایه به ترتیب به میزان 8/19 و 7/21 درصد کاهش می‏یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of theIHACRES Model to Assess the Effects of Climate Change on the Discharge of Tajan Watershed

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Mojerloo 1
  • Ramin Fazloula 2
  • alireza emadi 1
1 Water Engineering Department, Agricultural Eng. College, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
2 Water Dept., Agricultural Eng. College, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Climate change and global warming are one of the most important issues in the world in the current era and are spreading all over the globe and its harmful effects on water resources are not overlooked; Therefore, forecasting the climate change of an area will play an important role in the planning and management of water resources. The purpose of this study is to evaluate the effects of this phenomenon on the discharge of Tajan watershed in the upcoming period. For this purpose, in the first step, the simulation of temperature and precipitation parameters was performed using the CANESM2 atmospheric model under the new RCP2.6 and RCP8.5 release scenarios and microscopic atmospheric model outputs with SDSM model. Then simulation of daily discharge of the basin was carried out in the future period with the IHACRES rainfall–runoff model. Non-parametric Mann-Whitney test was used to check the performance and error of SDSM downscaling model, which illustrates the model's performance in the downscaling of temperature and precipitation at the studied stations. In general, the results of the model showed that the average annual temperature of the basin in the upcoming period (2020-2049) compared to the base period of this research (1976-2005) will increase under two scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5, 0.79 and 1.14 and amount of precipitation will decrease under the same two scenarios, 15 and 18 mm, respectively. In the final step, the results of IHACRES calibration and validation were examined. In the final step, the results of the IHACRES calibration and validation were checked. During these two stages, the Nash-Sutcliff efficiency coefficient (0.45 and 0.40) was obtained, which indicates the acceptable accuracy of the model in the simulation of the discharge. According to the results of this research, it was predicted that discharge under two scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5 will decrease 19.8 and 21.7% respectively in the upcoming period compared to the base period.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CANESM2 Model
  • Rainfall–Runoff Model
  • RCP Scenarios
  • Statistical Downscaling
آشفته،پ و مساح بوانی،ع.ر. 1389. تاثیر تغییر اقلیم بر دبی‏های حداکثر: مطالعه موردی، حوضه آیدوغموش، آذربایجان­شرقی. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک.53. 14: 25-39.

الماسی،پ.، سلطانی،س.، گودرزی،م و مدرس.ر. 1395. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر رواناب سطحی در حوضه آبخیز بازفت. نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی). 78. 20 : 52-39.

امیری،ا و رودباری موسوی،م.م. 1395. ارزیابی مدل هیدرولوژی IHARCES در شبیه‏سازی دبی روزانه (مطالعهموردی: رودخانه‏هایپل‏رودوشلمان‏رود). اکوهیدرولوژی.3.4: 543-533.

پورمحمدی،س.، دستورانی،م.ت.، مساح­بوانی،ع.ر.، گودرزی،م.، جعفری،ه و رحیمیان،م.ح. 1396. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر رواناب رودخانه و ارایه راهکارهای سازگاری با اثرات آن (مطالعه موردی: حوزه آب­ریز تویسرکان همدان). نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران.37 .11: 1-12.

توکلی،م.، کریمی،ح و نورالهی،ه. ارزیابی اثرات تغییراقلیم بر منابع آب حوزه آبخیز سد ایلام. 1397. نشریه علمی - پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز. 2 :157-170.

حاجی محمدی،م.، عزیزیان،ا و قرمز چشمه،ب. ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر رواناب حوضه کن. 1397. نشریه علمی - پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز. 2 :144-156.

حجاری­زاده،ز.ب.، آشفته،پ.س.، فتاحی،ا و غلام­پور.ز. 1394. تحلیل تغییرات جریان تحت شرایط تغییر اقلیم با استفاده از مدل شبیه‏سازی بارش - رواناب در حوضه رودخانه کر. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی.38 .15: 31-47.

دودانگه،ا.، شاهدی،ک و سلیمانی،ک. 1397. کاربرد تئوری کوپلا جهت ارزیابی عملکرد مدل هیدرولوژیکی IHACRES (مطالعه موردی: حوضه آب­ریز طالقان). فیزیک زمین و فضا. 1. 44: 71-88.

رزاقی،ه.، شاهدی،ک و حبیب‏نژاد روشن،م. 1395. ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر رواناب حوضه آبخیز بابل­رود با استفاده از مدل IHACRES. فصل­نامه پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. 26. 7: 159-172.

رضایی،م.، نهتانی.م.، آبکار.،ع، میرکازهی ریگی،م. 1393. بررسی کارایی مدل ریز مقیاس­نمایی آماری(SDSM) در پیش­بینی پارامترهای دمایی در دو اقلیم خشک و فراخشک (مطالعه موردی کرمان و بم). پژوهش­نامه مدیریت حوزه آبخیز.10 .5 : 117-131.

روشن،غ.ر.، خوش­اخلاق،ف و عزیزی،ق. 1391. آزمون مدل مناسب گردش عمومی جو برای پیش­یابی مقادیر دما و بارش ایران، تحت شرایط گرمایش جهانی. فصل­نامه جغرافیا و توسعه. 27: 19-36.

زارعی،م.، حبیب­نژاد روشن،م.، شاهدی،ک و قنبرپور،م.ر. 1390. کالیبراسیون و ارزیابی مدل هیدرولوژیکی IHACRES به‏منظور شبیه‏سازی جریان روزانه. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 1 : 104-114.

زارعی،م.، قنبرپور،م.ر.، حبیب‏­نژاد روشن،م و شاهدی،ک. 1388. شبیه‏سازی جریان رودخانه با استفاده از مدل بارش - رواناب IHARCES (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کسیلیان). مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 8 .3 : 11-20.

زندی دره غریبی،ف.، خورسندی کوهانستانی،ز.، مزین،م و آرمان،ن. 1397. مقایسه عملکرد دو مدل هیدرولوژیکی IHACRES و GR2M در شبیه‏سازی جریان ماهانه حوضه آبخیز دره تخت. علوم و مهندسی آبیاری. 2: 147-158.

سهرابیان،ا.، مفتاح هلقی،م.، قربانی،خ.، گلیان،س و ذاکری­نیا،م. 1394. بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر آبدهی حوضه با دخالت مدل هیدرولوژی (مطالعه موردی: حوضه گالیکش در استان گلستان). نشریه پژوهش‏های حفاظت آب و خاک. 2: 111-125.

سیاری،ن.، علیزاده،ا.، بنایان­اول،م.، فرید حسینی،ع.ر.، حسامی،و.، کرمانی،م.ر. 1390. مقایسهدومدلگردشعمومیجو (HadCM3, CGCM) در پیش‏بینی پارامترهای اقلیمی و نیاز آبی گیاهان تحت تغییر اقلیم (مطالعه موردی: حوضه کشف‏رود). نشریهآبوخاک(علوموصنایعکشاورزی). 4: 912-925.

صادقی،س،ه.، قاسمیه،ه و ساداتی­نژاد،س.ج. 1394. ارزیابی کارایی مدل هیدرولوژیکی IHACRES در مناطق مرطوب (مطالعه موردی حوضه ناورود، گیلان). نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی).73. 19: 73-82.

قدمی،م.، سلطانی،س.، گودرزی،م.، نادری،س و تیموری،ح. 1396. اثر تغییر اقلیم بر جریان روزانه در حوضه رودخانه سزار. نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 41. 12: 85-94.

قربانی،خ.، سهرابیان،ا.، سالارجزی،م و عبدالحسینی،م. 1395. پیش‌بینی اثر تغییر اقلیم بر روند دبی ماهانه رودخانه با بکار بردن مدل هیدرولوژیکی IHACRES مطالعه موردی: حوضه آب­ریز گالیکش. نشریه حفاظت منابع آب و خاک.4.5 :33-19.

کمال،ع و مساح­بوانی،ع.ر. 1390. مقایسه عدم قطعیت مدل­های تغییر اقلیم AOGCM-AR و AOGCM-TAR در تاثیربرروانابحوضهدردورهآتی .مجلهفیزیکزمینوفضا.3. 38:175-188.

گودرزی،م.، معتمد­وزیری،ب و میرحسینی،م.ر. 1396. ارزیابی کاربست مدل IHACRES برای شبیه‏سازی رواناب سطحی در شرایط تغییر اقلیم (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کن). علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 3: 83-94.

مساح­بوانی،ع.ر. و مرید،س. 1384. اثرات تغییر اقلیم بر جریان رودخانه زاینده‌رود اصفهان. نشریه علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 4. 9: 17-27.

منصوری،ب.، احمدزاده،ح.، مساح­بوانی،ع.ر.، مرید،س.، دلاور،م و لطفی،س. 1393. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب حوضه زرینه­رود با استفاده از مدل SWAT. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی).6: 1191-1203.

یعقوبی،م و مساح­بوانی،ع.ر. 1393. تحلیل حساسیت و مقایسه عملکرد سه مدل مفهومی HBV،IHARCES و HEC-HMSدر شبیه‏سازی بارش - رواناب پیوسته در حوضه‏های نیمه‌خشک (بررسی موردی: حوضه اعظم هرات - یزد). مجله فیزیک زمین و فضا. 2. 40: 172-153.

Al-Safi,H.I.J And Sarukkalige,P.R.  2018. The application of conceptual modelling to assess the impacts of future climate change on the hydrological response of the harvey river catchment. hydro-environment research. 32 PP.

Andersen,H.E., Kronvang,B., Larsen,S.E., Hoffmann,C.C., Jensen,T.S And Rasmussen,E.K. 2006. Climate-change impacts on hydrology and nutrients in a Danish lowland river basin, Science of the total environment, 365.1-3: 223-237.

Arora,V.K., Scinocca,J.F., Boer,G.J., Christian,J.R., Denman,K.L., Flato,G.M., Kharin,V.V., Lee,W.G and Merryfield,W.J. 2011. Carbon emission limits required to satisfy future representative concentration pathways of greenhouse gases. 6 PP.

Boyer,C., Chaumont,D., Chartier,I and Roy,A.G. 2010. Impact of climate change on the hydrology of St. Lawrence tributaries. Journal of hydrology. 384: 65–83.

Carcano,E.C., Bartolini,P., Muselli,M and Piroddi,L. 2008. Jordan recurrent neural network versus IHACRES in modelling daily streamflows. Journal of hydrology. 362: 291– 307.

Croke, B.F.W., Andrews, F., Spate, J and Cuddy, S.M. 2005. IHACRES user guide. Technical report, second ed. ICAM, school of resources, environment and society, the Australian national university, Canberra. 39 PP. http://www.toolkit.net.au/ihacres.

Gao,C.H., Zhiguo,H., Pan,S., Xuan,W., Xu,Y.P. 2018. Effects of climate change on peak runoff and flood levels in qu river basin, east china. hydro environment research. https://doi.org/10.1016/j.jher.2018.02.005.

IPCC. 2014. Summary for policymakers. In: climate change. Impacts, adaptation, and vulnerability. Part a: global and sectoral aspects. Contribution of working group II to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change Cambridge university press, usa. 32 PP.

IPCC. 2007. Climate change: impacts, adaptation, and vulnerability. Exit epa disclaimer contribution of working group II to the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge univ. 976 PP.

 

IPCC. 2013. The physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change.  Cambridge university press, 1535 PP.

Littlewood,L.G., Clarke,R.T., Collischonn,W and Crock,B.F.W. 2007. Predicting daily streamflow using rainfall forecasts, a simple loss module and unit hydrographs: two Brazilian catchments. Environmental modelling and software, 22: 1229-1239.

Mahmood, R and S Babel, M. 2014. Future changes in extreme temperature events using the statistical downscaling model (SDSM) in the trans-boundary region of the Jhelum river basin.Weather and Climate extremes. 5-6:56–66.

Motovilov,Y.G., Gottschalk,L., Engeland,K and Rohde,A. 1999. Validation of a distributed hydrological model against spatial observations. Agriculture and forest.

Pervez,M.Sh and Henebry,G.M. 2014. Projections of the Ganges–Brahmaputra precipitation—downscaled from GCM predictors. Journal of hydrology. 517: 120–134.

Salon,S., Cossarini,G., Libralato,S., Gao, X., Solidoro,S and  Giorgi,F. 2008. Downscalingexperiment for the Venice lagoon. I. Validation of the present-day precipitation climatology. Clim research, 38:31–41.

Saraf,V.R and Regulwar,D.G. 2016. Assessment of climate change for precipitation and temperature using statistical downscaling methods in upper Godavari river basin, india. Journal of water resource and protection. 8: 31-45..

Wilby,R.L., Dawson, C.W and Barrow, E.M. 2002. SDSM-a decision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Environ. Model soft. 17 (2), 145-157. http://dx.doi.org/10.1016/s1364-8152(01)00060-3.

Zhang,Y., You,Q., Chen,C.H and Ge,J. 2016. Impacts of climate change on streamflows under RCP scenarios: A case study in xin river basin, china. atmospheric research. 178: 521-534.