بررسی اثرات تغییراقلیم بر خصوصیات خشکسالی هیدرولوژیکی و کشاورزی حوضه زرینه‌رود با استفاده از شاخص‌های SRI و SSWI و مدل SWAT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه اراک- اراک - ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه اراک- اراک- ایران

4 استادیار گروه منابع آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه تربیت مدرس- تهران ایران

چکیده

در این تحقیق خصوصیات خشکسالی حوضه­ی زرینه­رود، تحت تأثیر تغییراقلیم با استفاده از دو شاخص استاندارد شده­ی رواناب (SRI) و شاخص رطوبت خاک استاندارد شده (SSWI) و مدل SWAT بررسی شده است. بدین منظور مدل SWAT با استفاده از اطلاعات چهار ایستگاه هواشناسی و پنج ایستگاه هیدرومتری، مورد واسنجی (1999-1987) و اعتبارسنجی (2007-2000) قرار گرفت. سپس بر اساس رطوبت خاک و رواناب شبیه­سازی شده توسط مدل، دو شاخص مذکور در همه زیرحوضه­ها برای دوره پایه (2010-1981) محاسبه شده است. در ادامه با معرفی نتایج ریزمقیاس شده­ی دو مدل گردش عمومی جو موجود در گزارش پنجم (AR5) تحت دو سناریوی انتشار RCP2.6 و RCP8.5 به مدل SWAT، شاخص­های خشکسالی برای دوره آینده (2046-2017) شبیه­سازی و مقادیر آن با دوره پایه مقایسه گردید. نتایج نشان داد میانگین بیشترین وقوع و تداوم خشکسالی کل حوضه در آینده نسبت به دوره پایه مربوط به شاخص SRI به ترتیب با 23 درصد افزایش تحت سناریوی سه (مدلBNU-ESM  تحت سناریو انتشار RCP2.6) و 19.7 درصد افزایش در سناریوی چهار (مدل BNU-ESM تحت سناریو انتشار RCP8.5) و شدت خشکسالی مربوط به شاخص SSWI با 24.7 درصد افزایش در سناریوهای سه و چهار می‌باشد. همچنین بر اساس نتایج، خشکسالی کشاورزی (SSWI) بیشتر از خشکسالی هیدرولوژیکی (SRI) نسبت به تغییر اقلیم حساسیت نشان می‌دهد. بنابراین می­توان گفت با ادامه روندِ کنونیِ فعالیت­های موجود در حوضه و نیز تغییرات اقلیمیِ محتمل در آینده، حوضه­ی زرینه­رود همچنان در معرض خطر خشکسالی­های متعدد و طولانی قرار دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effects of Climate Change on the Hydrological and Agricultural Drought Characteristics Zarinehrud Basin Using SRI and SSWI Indices and SWAT Model

نویسندگان [English]

  • Zohreh Pourkarimi 1
  • mahnoosh Moghaddasi 2
  • Asadolah Mohseni Movahed 3
  • Majied Delavar 4
1 Master of Science, Water Engineering Department, University of Arak, Arak, Iran
2 Assistant Professor, Water Engineering, Agriculture Faculty, Arak University, Arak, Iran.
3 Assistant Professor, Water ENgineering, Agriculture Facutly, AraK University, Iran
4 Assistant Professor, Water Resources, Agriculture Faculty, Arak University, Arak, Iran
چکیده [English]

In this study the drought characteristics of Zainehrud Basin have been evaluated under climate change condition using Standardized Runoff Index (SRI), Standardized soil moisture Index (SSWI) and SWAT model. The SWAT model was calibrated and validated over the period 1987-2010 using four meteorological stations and five  hydrometric stations.  The SRI and SSWI indices were calculated for  all  sub-basins during the base period (1981-2010) based on the runoff and soil moisture derived from SWAT model.  Then, the downscaled results of AOGCM models presented at the AR5 under two emission scenarios were introduced to the SWAT model and the drought indices were simulated for the future period (2017-2046) and they were compared with the ones of based period. The results showed that the  mean highest occurrence and continuity of drought of the whole basin in the future compared to the based period will increase by 23%, under the scenario 3 (BNU-ESM model under RCP2.6 emission scenario), and by 19.7% under scenario 4 (model BNU-ESM under the RCP8.5 emission scenario) based on SRI and SSWI respectively. Also, according to the results, agricultural drought is more sensitive to climate change than hydrological drought. Thus, it can be said that Zarinehrud basin is still in danger of continuous and long term droughts due to current trend of activities and possible climate changes in near future.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Climate Change"
  • "Drought"
  • " SWAT"
  • "SSWI"
  • "SRI"

مراجع

Abbaspour, K. C., Sonnleitner, M. A. and Schulin, R. (1999). Uncertainty in estimation of soil hydraulic parameters by inverse modeling: example lysimeter experiments. Soil Science Society of America Journal, 63(3) , 501-509.
Ahmadzade, H. (2012). Estimation of agricultural water productivity by using SWAT(A case study, Zarrrinehrud basin). Ms.c. thesis, Tarbiat Modarres University (In Persian).
Arnold, J. G., Srinivasan, R., Muttiah, R. S. and Williams, J. R. (1998). Large area hydrologic modeling and assessment part I: model development. Journal of the American Water Resources Association, 34(1), 73-89.
Ashofte, P. and Massah Bavani, A. (2008). The Influence of Uncertainty on Flood Diversion Case Study of Aydoghmoush Basin, East Azarbaijan,Iran. Water Resources Research, 5(2).
Buttafuoco, G., Caloiero, T. and Coscarelli, R. (2015). Analyses of drought events in calabria (southern Italy) Using Standardized Precipitation Index. Water Resources Management, 29(2), 557-573.
Kamal, A. and Massah Bavani, A. (2010). The impact of climate fluctuations on runoff with the involvement of uncertainty hydrological models. Journal of soil and water, 5, 920-931 (In Persian)
Liu, L., Hong, Y., Bednarczyk, C. N., Yong, B., Shafer, M. A., Riley, R. and Hocker, J. E. (2012). Hydro-climatological drought analyses and projections using meteorological and hydrological drought indices: a case study in Blue River Basin, Oklahoma. Water Resources Management, 26(10),  2761-2779.
Vu, M. T., Raghavan, V. S., & Liong, S. Y. (2015). Ensemble climate projection for hydro-meteorological drought over a river basin in Central Highland, Vietnam. KSCE Journal of Civil Engineering, 19(2), 427-433.
Massah Bavani A. (2005). Assessing the Risk of Climate Change and its Impact on Water Resources,Case study: ZayandehRud Basin. Ph.D. Desteration, Tarbiat Modares University.
Mansouri, B., Ahmadzade, H., Massah Bavani, A., Morid, S., Delavar, M. and Lotfi, S. (2015). Assessment of climate change impacts on water resources in zarrinehrud basin using SWAT model. Journal of Water and Soil, 28(6), 1191-1203 (In Persian).
Moorhead, J. E., Gowda, P. H., Singh, V. P., Porter, D. O., Marek, T. H., Howell, T. A. and Stewart, B. A. (2015). Identifying and Evaluating a Suitable Index for Agricultural Drought Monitoring in the Texas High Plains. Journal of the American Water Resources Association, 51(3), 807-820.
Musau, J., Sang, J., Gathenya, J. and Luedeling, E. (2015). Hydrological responses to climate change in Mt. Elgon watersheds.  Journal of Hydrology  Regional Studies. 3, 233-246.
Van Quan, N. and Kim, G. (2014). Assessment of climate change effects on future drought levels by combining a hydrological model and Standardized Precipitation Index (SPI) index in the Nakdong river basin, Korea. International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, 6(9), 239-251.
Shimola, K. and Krishnaveni, M. (2014). Sensitivity of SWAT simulated reservoir inflow to climate change in a semiarid basin. MAUSAM, 66(2), 181-186.
Sohrabi, M. M., Ryu, J. H., Abatzoglou, J. and Tracy, J. (2015). Development of soil moisture drought index to characterize droughts. Journal of Hydrologic Engineering, 20(11), 04015025.
Van Vuuren, D. P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., Thomson, A., Hibbard, K., Hurtt, G.C., Kram, T., Krey, V., Lamarque, J. F. and Masui, T. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic Change, 109(1-2), 5.
Wanders, N. and Wada, Y. (2014). Human and climate impacts on the 21 st century hydrological drought. Journal of Hydrology, 526, 208-220.
Wang, D. Hejazi, M., Cai, X. and Valocchi, A. J. (2011). Climate change impact on meteorological agricultural and hydrological drought in centeral Illinois.Water Resources Research, 47(9).
Wu, H., Svoboda, M. D., Hayes, M. J., Wilhite, D. A., & Wen, F. (2007). Appropriate application of the standardized precipitation index in arid locations and dry seasons. International Journal of Climatology, 27(1), 65-79.
Zhang, Y., Su, F., Hao, Z., Xu, C., Yu, Z., Wang, L. and Tong, K. (2015). Impact of projected climate change on the hydrology in the headwaters of the Yellow River Basin, Hydrological Processes, 29(20), 4379-4397.
Zhang, Q., Liu, J., Singh, V., Gu, X. and Chen, X. (2016). Evaluation of impacts of climate change and human activities on streamflow in the Poyang lake basin, China. Hydrological Processes, 30(14), 2562-2576.
 
 
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 49، شماره 5
آذر و دی 1397
صفحه 1145-1157

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار