ارزیابی تاثیر تغییرات اقلیمی بر وضعیت کمی آب های زیرزمینی آبخوان دهگلان با استفاده از مدل MODFLOW

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: پایش و ارزیابی منابع آب از مهم ترین اقداماتی هستند که برای افزایش شناخت شرایط منابع آب کشور باید انجام شوند و نتایج این‎ گونه بررسی‎ ها در برنامه ریزی و مدیریت صحیح منابع آب مورد استفاده قرار گیرند. کشور ایران به‎ دلیل کمبود ریزش های جوی و نامناسب بودن پراکنش زمانی و مکانی آن در زمره کشورهای دارای اقلیم خشک و نیمه‎ خشک جهان قرار دارد. تغییرات اقلیمی در چند دهه اخیر و اثرات این پدیده بر پارامترهای اقلیمی و الگوی پدیده های هیدرولوژیکی باعث تشدید بحران خشکی شده‎است. از طرف دیگر، رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه بخش های کشاورزی و صنعت باعث افزایش تقاضای آب شیرین شده‎است. به ‎دلیل تغییرات اقلیمی و افزایش نیاز به آب، بهره ‎برداری از آب های زیرزمینی، خصوصا در مناطق خشک، به ‎شدت رو به فزونی است و این امر، افت سطح ایستابی و کاهش ذخایر آب را به‎دنبال داشته است. به‎‎دلیل بیلان منفی آب زیرزمینی آبخوان دهگلان و جلوگیری از تشدید افت تراز سطح ایستابی، ممنوعیت توسعه بهره برداری از منابع آب های زیرزمینی دشت دهگلان از سال ۱۳۸۲ از طرف شرکت سهامی آب منطقه ای کردستان اعلام شده‎است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثرات کمی تغییرات اقلیمی بر منابع آب های زیرزمینی آبخوان دهگلان به‎ عنوان بزرگترین آبخوان استان کردستان است. در این راستا، استفاده از مدل های مختلف اقلیمی که می توانند تغییرات اقلیمی را پیش بینی کنند، ادغام آن ها و در نهایت استفاده از خروجی این مدل ها در مدل های هیدرولوژیکی می توانند ابزاری مفید برای پیش بینی تغییرات هیدرولوژیکی در آینده باشند. مواد و روش ها: دشت دهگلان با مساحت ۹۸۲/۸ کیلومتر مربع، بین طول های جغرافیایی '۱۰ ˚۴۷ تا '۴۵ ˚۴۷ شرقی و عرض های جغرافیایی '۰۵ ˚۳۵ تا '۳۵ ˚۳۵ شمالی گسترده شده‎است. وسعت گسترش آبخوان دهگلان برابر با ۷۷۹/۸ کیلومتر مربع و مساحت حوزه آبخیز دشت تا خروجی ایستگاه هیدرومتری تلوار حسن خان برابر با ۲۴۹۱ کیلومتر مربع هستند. حداقل، حداکثر و متوسط ارتفاع از سطح دریا در آبخوان دهگلان به‎ ترتیب برابر با ۱۷۴۰، ۲۰۴۵ و ۱۸۵۴ متر است. کاربری های زراعت دیم، مرتع، زراعت آبی، مناطق مسکونی و سطوح آبی به‎ ترتیب ۷۴/۸۱، ۱۴/۱۴، ۱۰/۱۲، ۰/۷۶ و ۰/۱۷ درصد از سطح حوزه آبخیز مورد مطالعه را شامل می شوند. مقدار بارندگی سالانه در دشت دهگلان و ارتفاعات مشرف بر آن به‎‎ترتیب برابر با ۳۱۹/۳۲ و ۳۶۳/۱۵ میلی متر و میانگین سالانه دما  به ترتیب برابر با ۹/۹۳ و ۹/۱۲ درجه سانتی گراد هستند. بر اساس نتایج مطالعات ژئوفیزیک، لوگ چاه های اکتشافی و آزمایشات پمپاژ و با توجه به عدم تغییرات سطح ایستابی هنگام حفاری، مشخص شده‎است که آبخوان دهگلان از نوع آبخوان آزاد است. در این پژوهش، با به‎ کارگیری مدل ریزمقیاس نمایی SDSM و براساس سناریوهای گزارش پنجم IPCC، متغیرهای اقلیمی حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی تحت سه سناریو RCP۲.۶، RCP۴.۵ و RCP۸.۵ در طول دوره آتی پیش بینی شدند. برای این‎ منظور، از داده های روزانه حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی ثبت شده در ایستگاه سینوپتیک قروه به ‎عنوان ورودی به مدل SDSM استفاده شد. همچنین برای مدل سازی سه بعدی جریان آب زیرزمینی، از مدل MODFLOW در رابط گرافیکی GMS استفاده و سپس نوسانات ماهانه سطح ایستابی در آبخوان مورد مطالعه در طول دوره پیش بینی تحت سناریوهای اقلیمی با استفاده از مدل واسنجی شده MODFLOW برآورد شدند. در این راستا، در مرحله اول، مدل مفهومی آبخوان دهگلان در نرم افزار GMS تهیه شد. هدف از تهیه مدل مفهومی، ساده کردن شرایط واقعی منطقه مورد مطالعه و سازماندهی داده های صحرایی است به ‎گونه ای که با استفاده از آن، سیستم موردنظر راحت تر مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. ساختار مدل مفهومی آبخوان دهگلان شامل شرایط مرزی، شبکه آبخوان، تعیین پارامترهای زمانی و مکانی مدل، مقادیر سطح ایستابی در چاه های مشاهداتی، توزیع اولیه ضرایب هیدرودینامیک آبخوان شامل قابلیت انتقال، هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه و عوامل تغذیه کننده و تخلیه کننده آبخوان است. کلیه اطلاعات مورد نیاز جهت ساخت مدل مفهومی، ابتدا در محیط ArcMap تهیه و سپس به ‎صورت بسته های مختلف به مدل MODFLOW وارد شدند. سال های آبی ۱۳۸۸-۱۳۸۷ تا ۱۳۹۶-۱۳۹۵ و ۱۳۹۷-۱۳۹۶ تا ۱۴۰۶-۱۴۰۵ به‎ ترتیب برای مراحل شبیه سازی و پیش بینی در نظر گرفته شدند. ضرایب R۲، ENS، PBIAS و MAE برای ارزیابی کارایی مدل ها استفاده شد. یافته ها: نتایج به ‎دست آمده از این پژوهش، دقت کافی مدل SDSM در شبیه سازی متغیرهای اقلیمی شامل دمای حداقل، دمای حداکثر، بارش و رطوبت نسبی و مدل MODFLOW در شبیه سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان دهگلان را تایید کردند. تطابق دمای حداقل و دمای حداکثر مشاهده شده با شبیه سازی شده بیشتر از متغیرهای اقلیمی بارش و رطوبت نسبی بود. در این پژوهش، بیشترین حساسیت مدل MODFLOW نسبت به پارامتر هدایت هیدرولیکی و کمترین حساسیت آن نسبت به پارامتر آبدهی مخصوص بود. متوسط تغییرات سالانه تراز سطح ایستابی در دوره پیش بینی و تحت سناریوهای RCP۲.۶، RCP۴.۵ و RCP۸.۵ به ‎ترتیب برابر با ۱/۶۰-، ۱/۶۱- و ۱/۳۶- متر و متوسط تغییرات سالانه حجم مخزن آبخوان دهگلان به ‎ترتیب برابر با ۲۳/۶۹-، ۲۳/۸۵- و ۲۰/۲۱- میلیون مترمکعب محاسبه شدند. به‎ عبارت دیگر، آبخوان دهگلان در دوره پیش بینی، تحت همه سناریوهای اقلیمی بیلان منفی خواهد داشت و مقدار کاهش حجم مخزن تحت سناریو RCP۸.۵ در مقایسه با سناریوهای RCP۲.۶ و RCP۴.۵ کمتر خواهد بود. نتیجه گیری: نتایج بررسی مدل های اقلیمی و سناریوهای انتشار نشان از تغییرات اقلیمی و هیدرولوژیکی حوزه آبخیز رودخانه تلوار در دوره آتی دارند، به ‎طوری‎که دمای هوا افزایش و مقدار بارش کاهش می یابند. افزایش دما نامطلوب ترین اثر تغییر اقلیم را که افزایش خشکی در منطقه است به ‎همراه خواهد داشت. افزایش خشکی و به ‎دنبال آن افزایش تبخیر، هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی بر منابع آب زیرزمینی تاثیر خواهد گذاشت. هیدروگراف آبخوان طی دوره ۱۰ ساله پیش بینی نشان می دهد که مقدار افت سطح ایستابی تحت سناریوهای RCP۲.۶، RCP۴.۵ و RCP۸.۵، به‎ ترتیب به ‎میزان ۰/۲۴۸، ۰/۲۵۹ و ۰/۰۱۳ متر افزایش پیدا می کند. تحت سناریوهای انتشار در دوره آتی، نوسانات سطح ایستابی در طول سال (در طول دوره ‎های تنش خشک و تر) روند طبیعی خود را طی می‎کنند و بر اساس نوع تنش خشک یا تر تغییر محسوسی پیدا نخواهند کرد.

کلیدواژه ها:

Calibration ، GMS ، Meteorological Variables ، Sensitivity Analysis ، SDSM Model ، آنالیز حساسیت ، متغیرهای اقلیمی ، مدل SDSM ، واسنجی ، GMS