پیش بینی شاخص تنش تامین آب (WaSSI) تحت سناریوهای ترکیبی تغییر اقلیم، تغییرکاربری اراضی و رشد جمعیت در حوضه رودخانه گرگانرود، استان گلستان

مقدمه   تغییر اقلیم می تواند تغییراتی در میزان و الگوی بارش، دما و تبخیر و تعرق ایجاد کند که بر قابلیت دسترسی منابع آب تاثیر می گذارد، فراوانی و شدت سیلاب ها و خشک سالی ها را افزایش می دهد، موجب تخریب بوم سازگانی می شود که خود عامل حفظ  کیفیت آب است و همچنین موجب تغییر دینامیک رواناب می شود. از طرف دیگر، تغییر پوشش زمین و افزایش جمعیت نیز بر سیستم هیدرولوژیکی تاثیر می گذارد. شناخت پاسخ هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز به تغییر فیزیکی (کاربری اراضی) و اقلیمی (بارش و دما) و کمی کردن تغییر بیلان آب ناشی از تغییرات محیطی برای توسعه پایدار منابع آب حائز اهمیت بسیار است و مولفه مهمی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب  است. هدف پژوهش حاضر مدیریت عرضه و تقاضای آب در آینده در شرایط تغییر در مقیاس حوضه رودخانه است. در راستای این هدف، وضعیت عرضه و تقاضای آب در حوضه رودخانه گرگانرود در شرایط تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی و تغییر جمعیت ارزیابی شد. حوضه رودخانه گرگانرود در شمال شرق ایران در سه استان گلستان، خراسان شمالی و سمنان واقع شده است که مساحت آن حدود ۱۱۲۲۰ کیلومترمربع است. منطقه مورد مطالعه منبع مهم تامین آب برای بخش های خانگی، کشاورزی، صنعت و محیط زیست در استان گلستان است و لذا بررسی وضعیت منابع آب در این منطقه در دوره آینده دارای اهمیت است. مواد و روش ها  برای پیش بینی شرایط اقلیمی در دوره آینده (۲۰۴۰-۲۰۲۰) داده های مدل بزرگ مقیاس اقلیمی CanESM۲ تحت دو سناریوی تغییر اقلیمRCP۲.۶  و RCP۸.۵ تهیه شد. سپس،  این داده ها توسط مدل ریزمقیاس نمایی آماری (SDSM) در سطح ایستگاه های اندازه گیری اقلیمی ریزمقیاس شدند. برای بارش ۱۲ ایستگاه اقلیمی و برای دمای حداقل و دمای حداکثر نه ایستگاه اقلیمی در نظر گرفته شد. نقشه کاربری اراضی برای سال های ۱۹۹۹، ۲۰۰۹ و ۲۰۱۷ با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و نرم افزار IDRISI تهیه شد. سپس، پیش بینی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از ابزارLand Change Modeler (LCM)  در نرم افزار TerrSet  انجام شد. میزان جمعیت در حوضه رودخانه گرگانرود و نیز تقاضای آب در بخش های خانگی، صنعت، کشاورزی و محیط زیست برای دوره آینده پیش بینی شد. سپس، مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS SMA با استفاده از داده های بارش و رواناب دوره ۲۰۰۹-۲۰۰۷ میلادی واسنجی و برای ژانویه ۲۰۱۳ تا مارس ۲۰۱۴ اعتبارسنجی شد. مدل هیدرولوژیکی واسنجی و اعتبارسنجی شده برای شبیه سازی مولفه های هیدرولوژیکی (رواناب، تغذیه آب زیرزمینی، حجم جریان های ورودی، خروجی و ذخیره در مخازن سد) در شرایط تغییر اقلیم و تغییرکاربری اراضی مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت، مقدار شاخص تنش تامین آب (WaSSI) از تقسیم تقاضای آب به عرضه آب تحت دو سناریوی RCP۲.۶ و RCP۸.۵ به دست آمد و با شرایط گذشته مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج و بحث   بررسی ها نشان می دهد که میانگین وزنی شاخص تنش تامین آب از ۰۰۳/۱ برای دوره زمانی ۱۳۸۵-۱۳۴۵ به ۰۳۳/۱ برای دوره ۱۳۹۰-۱۳۴۵ افزایش یافته است. بررسی تغییر اقلیم تغییراتی را در میزان بارش، حداقل و حداکثر دما در ایستگاه های مختلف اقلیمی تحت هر دو سناریوی RCP۲.۶ وRCP۸.۵  نشان می دهد. لازم به ذکر است که تاثیر سناریوهای تغییر اقلیم در همه ایستگاه های اقلیمی یکسان نیست. پیش بینی تغییر کاربری اراضی، نشان دهنده کاهش سطح اراضی زراعی و تبدیل آن ها به مناطق مسکونی است. علاوه بر این، تبدیل جنگل های متراکم به جنگل های نیمه متراکم و مراتع قابل توجه است. پیش بینی تغییر جمعیت و تقاضای آب نشان دهنده افزایش این متغیرها است. مقایسه میانگین آبدهی سالانه در گذشته (۲۰۱۷-۲۰۰۶) و آینده (۲۰۴۰-۲۰۲۰) در ایستگاه هیدرومتری آق قلا نشان می دهد که این متغیر تحت سناریوهای RCP۲.۶ و RCP۸.۵ به ترتیب دارای مقادیر ۰۳۸/۲۰۷ و ۸/۲۱۰ میلیون مترمکعب خواهد بود که بطور قابل توجهی بیش از مقدار آن در دوره گذشته با میزان ۶۴/۱۷۹ میلیون مترمکعب است. مجموع مولفه های عرضه آب به ازای سناریوی RCP۲.۶ برابر با ۴۹/۹۳۰ و به ازای سناریوی RCP۸.۵ برابر با ۸۵/۹۳۵ میلیون مترمکعب است. مجموع مولفه های تقاضای آب به ازای سناریوی RCP۲.۶ برابر با ۰۴/۱۴۹۵ و به ازای سناریوی RCP۸.۵ برابر با ۲/۱۳۷۹ میلیون مترمکعب است.  مقدار میانه WaSSI در آینده تحت دو سناریوی تغییر اقلیم RCP۲.۶ و RCP۸.۵ به ترتیب ۶۱/۱و ۴۵/۱ پیش بینی شد. نتیجه گیری  در این پژوهش اثر تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی و تغییر جمعیت بر منابع آب حوضه رودخانه گرگانرود مورد بررسی قرار گرفت. با محاسبه شاخص تنش تامین آب مشخص شد که بر مبنای شاخص استفاده شده، نبود امنیت آبی در دوره آینده در حوضه رودخانه گرگانرود به عنوان یک چالش مطرح خواهد بود. در مدیریت منابع آب باید بر هر دو سمت عرضه و تقاضای آب تمرکز شود. اما، از آنجا که امکان مدیریت عرضه آب کمتر وجود دارد، لازم است تمرکز بیشتری بر مدیریت تقاضای آب صورت گیرد. در همین راستا، باید به دنبال راهکارهایی بود که امکان اجرایی شدن آن ها بیشتر باشد. گزینه های مدیریت تقاضای آب در بخش کشاورزی مانند تغییر الگوی کشت، تغییر تاریخ کشت، کاهش ضایعات بخش کشاورزی و کاهش تبخیر از سطح خاک از جمله راهکارهای مناسب در زمینه مدیریت تقاضای آب هستند. همچنین، مشاهده تغییرات کاربری اراضی و به ویژه افزایش سطح اراضی مسکونی و کاهش سطح جنگل های متراکم در این پژوهش هشداری است برای سیاست گذاران، تصمیم گیرندگان، مدیران و بخش های اجرایی به منظور حفاظت بیشتر از منابع طبیعی و مدیریت توسعه اراضی مسکونی. روش شناسی و خروجی های این پژوهش می تواند برای تصمیم گیران و مدیران منابع آب در شرایط تغییر و عدم قطعیت های مرتبط با آن، در حوضه رودخانه گرگانرود و شرایط مشابه مفید باشد.

کلیدواژه ها:

Climate change ، land use change ، population change ، Water Supply Stress Index ، the Gorgan-rud River Basin. ، تغییر اقلیم ، تغییر کاربری اراضی ، تغییر جمعیت ، شاخص تنش تامین آب ، حوضه رودخانه گرگانرود