شبیه سازی رواناب حوضه ای در شرایط تغییر اقلیم بر اساس مدل SWAT

زمینه و هدف: ارزیابی پدیده تغییر اقلیم و پیامدهای احتمالی آن بر فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضه کمک فراوانی به مدیران و برنامه ریزان منابع آب در دوره های آتی خواهد کرد. اثر تغییر اقلیم به وسیله شبیه سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی با مدل فیزیکی بارش رواناب مورد بررسی قرار می گیرد. مدل های هیدرولوژی چارچوبی را برای بررسی رابطه بین هواشناسی و منابع آب فراهم می کنند. هدف از این پژوهش شبیه سازی تولید رواناب در شرایط تغییر اقلیم بر اساس سناریوهای اقلیمی و مدل SWAT می باشد.

روش پژوهش: تغییر اقلیم و پیامدهای ناشی از آن یکی از مشکلات اساسی در مدیریت منابع آب است و برآورد آثار و تبعات آن در دوره آتی ضروری است. منطقه مورد مطالعه در این تحقیق، حوضه آبریز پل شاه با مساحت ۷۲۱ کیلومتر مربع است که یکی از زیرحوضه های حوضه الوند در استان کرمانشاه محسوب می گردد. این حوضه سالانه دارای سیلاب های متعددی بوده که گاهی باعث خسارات و آب گرفتگی زمین های کشاورزی می گردد. رودخانه دیره واقع در این حوضه منبع تامین آب بخشی از اراضی کشاورزی مجاور و پایین دست رودخانه است. لذا بررسی اثر تغییر اقلیم بر آورد این رودخانه از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش برای برآورد ماهیانه دما و بارش در دوره آتی از مدل های گردش عمومی AOGCM استفاده شد. جهت اعتبارسنجی و ارزیابی دقت برآورد مدل های گردش عمومی و برازش داده ها از شاخص های RMSE، MAE و NS بهره گرفته شد. در این پژوهش ابتدا به بررسی رواناب در ایستگاه هیدرومتری پل شاه پرداخته شد. با استفاده از نرم افزار SWAT CUP بر اساس آمار ایستگاه هیدرومتری و بکارگیری الگوریتم بهینه سازی SUFI۲، پارامترهای موثر بر دبی جریان برای دوره ۱۹۹۴ تا ۲۰۱۱ واسنجی و برای دوره ۲۰۱۵-۲۰۱۲ صحت سنجی شدند. سپس در جهت بررسی شاخص های آماری بارش و دما تحت تاثیر تغییر اقلیم با بهره گیری از نرم افزار LARS-WG۶ و استفاده از مدل های اقلیمی HADGEM۲ و MIROC۵ تحت سناریوهای انتشار RCP۲.۶، RCP۴.۵ و RCP۸.۵ ریزمقیاس نمایی و استخراج داده های بارش و دما برای طول آماری ۲۰۲۰ تا ۲۰۸۰ انجام شد. در نهایت برای شبیه سازی تاثیر تغییر اقلیم بر رواناب، نرم افزار SWAT تحت هریک از سناریوهای اقلیمی در دوره های آماری مختلف اجرا گردید. سپس نتایج حاصل از شبیه سازی رواناب ماهیانه تحت سناریوهای اقلیمی با داده های مشاهداتی ثبت شده مقایسه گردید.

یافته ها: نتایج ارزیابی کارایی مدل SWAT حاکی از عملکرد مناسب این مدل در دوره واسنجی و صحت سنجی بود. طوری که مقادیر ضریب همبستگی و ضریب ناش-ساتکلیف برای مرحله واسنجی به ترتیب ۷۵/۰ و ۷۹/۰ و برای مرحله صحت سنجی ۷۱/۰ و۶۱/۰ بدست آمد. نتایج اجرای مدل SWAT نشان داد در تمامی سناریوهای اقلیمی، الگوی تولید رواناب ماهیانه با الگوی تغییرات بارندگی در ماه های مختلف در این سناریوها مطابقت دارد. لذا در تمامی سناریوهای آتی، توزیع رواناب ماهیانه در ماه های مختلف نسبت به سناریوی پایه بهم ریخته است. طوری که در برخی از ماه ها کاهش رواناب و در برخی ماه ها افزایش رواناب مشاهده شد. این امر لزوم استفاده از سد و سازه های کنترل جریان برای ذخیره آب در ماه های پرآب مانند زمستان و بهار و استفاده از آن در ماه های کم آب را نشان می دهد. نتایج حاکی از آن است که تغییرات حجم رواناب تولیدی سالیانه تحت سناریوهای اقلیمی RCP۲.۶، RCP۴.۵ و RCP۸.۵ برای دوره های ۲۰۱۸-۲۰۴۵ و ۲۰۴۶-۲۰۷۲ نسبت به دوره ۱۹۹۱-۲۰۱۸ به طور میانگین بین ۶۰ تا ۸۷ میلیون متر مکعب متغیر است. میزان تغییرات حجم رواناب سالیانه در دوره ۲۰۱۸-۲۰۴۵ در بیشتر سناریوها ناچیز است. در دوره ۲۰۴۶-۲۰۷۲ حجم رواناب سالیانه در اکثر سناریوها بین ۳ تا ۱۰ درصد کاهش یافته است.

نتایج: نتایج نشان داد کاهش بارش و افزایش دما و به موجب آن افزایش تبخیر، باعث تغییراتی در چرخه آب و هوایی موجود می گردد که کاهش رواناب را به دنبال دارد. لذا لازم است برای سازگاری و کاهش تبعات منفی ناشی از تغییر اقلیم بر منابع آب منطقه، با بکارگیری مدیریت صحیح منابع آب و در نظر گرفتن نیاز کشاورزی، مصارف شرب، صنعت و زیست محیطی در سال های آتی، از آثار سوء تغییر اقلیم بر منابع آب منطقه کاست، تا به حفظ هر چه بهتر این منابع منجر گردد. نتایج نشان داد در اکثر سناریوهای اقلیمی جابجایی بارندگی اتفاق افتاده است. لذا باید متناسب با تغییرات میزان بارش و تغییرات دما در ماه های مختلف نسبت به تغییر الگوی کشت یا تغییر تاریخ کشت محصولات مختلف اقدام نمود.

کلیدواژه ها:

حوضه پل شاه ، شبیه سازی دبی ، تغییر اقلیم ، LARS-WG۶