تاثیر تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی آینده با مدل CA-Markov بر جریان رودخانه تالار مازندران

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در چند سال اخیر، تغییرات اقلیم و کاربری اراضی منجر به نوسانات منابع آب شده است. این تغییرات بر جریان رودخانه، محیط زیست، آب آشامیدنی و کشاورزی تاثیر گذاشته است. .تغییر کاربری اراضی چهار اثر مهم روی هیدرولوژی حوزه های آبخیز دارد که عبارت اند از: تغییر در خصوصیات دبی اوج، تغییر در حجم کل رواناب، تغییر در کیفیت آب و تغییر در تعادل هیدرولوژیک. به منظور پیش گیری از بلایای طبیعی، شناسایی شرایط فعلی و پیش بینی وضعیت آینده مهم است. فائق آمدن بر این بحران ها و کاهش اثرات سوء آن ها، تنها در سایه مدیریت و برنامه ریزی و با تکیه به دانش روز عملی می باشد. مطالعه حاضر با هدف تعیین چگونگی تاثیر تغییر اقلیم و کاربری اراضی بر جریان رودخانه در حوضه تالار بین سال های ۲۰۲۰ تا ۲۰۵۰ انجام شد. مواد و روش ها: با توجه به اینکه اثر تغییرات کاربری آینده در حوضه آبریز تالار مازندران با استفاده از گزارش ششم تغییر اقلیم و اثر تلفیقی تغییرات کاربری و تغییر اقلیم در این حوضه مورد بررسی جدی قرار نگرفته است، در این مطالعه اثر تغییر کاربری اراضی (با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و مدلCA-Markov) و تغییر اقلیم (خروجی های دما و بارش چند مدل گزارش ششم تغییر اقلیم و ریزمقیاس نمایی آن ها با روش های نوین delta و Qm بر میزان آبدهی رودخانه تالار (با استفاده از مدل SWAT) در سال های آینده تا  سال ۲۰۵۰ موردمطالعه قرار گرفت.این مطالعه داده ها را بر اساس سناریوهای تغییر اقلیم CMIP۶ و همچنین پیش بینی های کاربری زمین برای سال های ۲۰۳۵ و ۲۰۵۰ تجزیه وتحلیل کرد. ابتدا، مدل (SWAT) برای ارزیابی اثرات اقلیم و کاربری اراضی بر جریان رودخانه در حوضه رودخانه تالار استفاده شد. پس از کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل با استفاده از بهترین پارامترها از سال ۲۰۰۱ تا ۲۰۲۰، داده های CMIP۶ بر اساس شش مدل کوچک سازی شدند و تحت دو سناریو SSP۲-۴.۵ و SSP۵-۸.۵ پیش بینی شدند. برای کاهش مقیاس مدل های گردش عمومی اتمسفر، از دو روش استفاده شد: روش دلتا (Delta) و نقشه برداری کوانتیل (Qm). این روش ها به‎دلیل مقیاس بزرگ مدل ها انتخاب شدند. همچنین در این تحقیق از مدل پیش بینی مارکوف (CA-Markov) برای شبیه سازی و پیش بینی تغییر کاربری زمین برای سال های ۲۰۳۵ و ۲۰۵۰ استفاده شد. داده های بارش و دما حاصل از سناریوهای تغییر اقلیم و کاربری اراضی برای پیش بینی میانگین جریان ماهانه طی سال های ۲۰۲۰-۲۰۳۵ و ۲۰۲۰-۲۰۵۰ به مدل SWAT وارد شد. یافته ها: کالیبراسیون و اعتبارسنجی در ایستگاه کیاکلا به عنوان خروجی حوضه آبریز تالار نشان داد که شاخص Nash-Sutcliffe (NSE) به‎ترتیب دارای بازده ۰/۸ و ۰/۷۶ است. بهترین مقادیر شاخص های ارزیابی برای ریزمقیاس نمایی مدل INM به‎دست آمد. همچنین روش Delta برای ریزمقیاس نمایی بارش و روش Qm برای ریزمقیاس نمایی دمای حداقل و حداکثر مقادیر ارزیابی بهتری را نشان می‎دهند. به‎طور مثال مطابق جداول نشان داده شده مقادیر RMSE، NRMSE و MAE برای بارش ایستگاه کیاکلا به‎ترتیب ۲/۱۸۵، ۰/۰۴۰۲ و ۱/۷۱۶ با استفاده از روش Delta می‎باشد، تمامی این مقادیر نشان دهنده دقت خوب این روش های ریزمقیاس نمایی برای ورودی های مدل SWAT برای پیش بینی جریان در حوضه آبریز تالار می‎باشد. این روش ها برای تمامی ایستگاه های مورد مطالعه پیاده شده و مقادیر ریزمقیاس نمایی شده پارامترهای فوق‎الذکر برای پیش بینی جریان رودخانه حوضه تالار در ایستگاه کیاکلا استفاده شد.   نتیجه گیری: نتایج پیش بینی شده سال های ۲۰۳۵ و ۲۰۵۰ نشان دهنده کاهش حجم رواناب، تالاب ها و زمین های شهری است. بنابراین، فعالیت های کاربری اراضی در آینده باید مبتنی بر توسعه کاربری مناسب و تنظیم کاربری باشد تا اثرات نامطلوب پایدار تغییرات کاربری اراضی را کاهش دهد. در حوضه تالار، تغییرات کاربری اراضی عمدتا توسط عوامل داخلی، مانند گسترش اراضی کشاورزی و شهرنشینی کنترل می شود، در حال‎که تغییرات اقلیمی به‎عنوان عوامل بیرونی در نظر گرفته می شود. هر دو نقش مهمی در تغییر فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضه دارند. این مطالعه با استفاده از مدل سازی، اثرات ترکیبی کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی آینده را بر بیلان آب در حوضه تالار ارزیابی می کند. ترکیب تغییر کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی تاثیر بارزتری بر جریان و رواناب سطحی دارد. در مقیاس ماهانه، جریان ناشی از رواناب سطحی به‎طور قابل‎توجهی در طول فصول سال کاهش می یابد، که نشان می دهد رویدادهای شدیدتر (یعنی خشک‎سالی) به‎طور بالقوه می تواند در آینده رخ دهد. با تغییرات کاربری اراضی، این اثرات را می‎توان تنها کمتر از ۲۰% کاهش داد. بنابراین، اقدامات بیشتری (به‎عنوان مثال، حفاظت از خاک) علاوه بر برنامه‎ ریزی کاربری اراضی به‎منظور افزایش نفوذ و تغذیه آبخوان و متعاقبا کاهش خطرات ناشی از استفاده از اراضی و اثرات تغییرات اقلیمی مورد نیاز است. این تحقیق چگونگی تاثیر تغییرات کاربری اراضی و آب و هوا را بر آب در دسترس در حوضه تالار در آینده ارائه میدهد. همچنین این مقاله مطالعه‎ای را در مورد استفاده از مدل SWAT در هیدرولوژی برای کمک به حوزه علمی ارائه می‎دهد. یافته های این مطالعه همچنین می‎تواند برای مسئولان در کاهش تنش آبی از طریق مدیریت صحیح کاربری اراضی در آینده مفید باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که به‎دلیل تغییرات کاربری اراضی مانند گسترش مناطق شهری و کاهش زمین کشاورزی، میانگین جریان ماهانه کاهش یافته است. در آینده، تغییرات کاربری زمین و پوشش زمین ممکن است بر جریان رودخانه تاثیر بگذارد. محرک های اصلی تغییر کاربری شامل توسعه کشاورزی، جنگل زدایی، گسترش شهر سازی، سیاست مالکیت زمین و توسعه زیرساخت ها است.

کلیدواژه ها:

CMIP۶ Model ، Downscaling ، Scenario ، Streamflow ، SWAT Model ، Watershed ، جریان رودخانه ، حوضه آبریز ، ریزمقیاس نمایی سناریو ، مدل CMIP۶ ، مدل SWAT