سازگاری با شرایط تغییر اقلیم در حوضه آبریز مارون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران – آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

2 دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، پردیس فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

در سال‌های اخیر تغییراقلیم ناشی از افزایش دما، از جمله مسائل مهم زیست محیطی بوده است که اثرات قابل توجهی بر منابع آب شیرین گذاشته است. هدف از این تحقیق بررسی سازگاری منابع و مصارف آب موجود با تغییر در سطح و الگوی کشت و تحلیل نیازهای پایین دست سد مخزنی مارون تحت اثر تغییر اقلیم می‌باشد. به منظور بررسی اثر تغییر اقلیم بر بارش، دما و جریان ورودی به سد مارون در سه دوره‌ی (2021-2040)، (2041-2060) و  (2061-2080) از پنج مدل گردش عمومی جو MIROC-ESM، MPI-ESM-MR، HadGEM2-ES، EC-EARTH و GFDL-ESM2M ، تحت تاثیر چهار سناریو انتشار گاز گلخانه ای RCP2.6، RCP4.5، RCP6 و RCP8.5  استفاده شد. در مرحله نخست اثرات تغییر اقلیم بر میزان جریان ورودی به سد مارون با استفاده از مدل SWAT شبیه‌سازی شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی SWAT از داده‌های جریان ماهانه اندازه‌گیری شده در ایستگاه ایدنک و ایستگاه تنگ تکاب استفاده شد. شاخص نش-ساتکلیف ایستگاه ایدنک در مرحله واسنجی 69/0 و اعتبارسنجی 65/0 و در ایستگاه تنگ تکاب بهبهان در مرحله واسنجی  67/0 و اعتبارسنجی 59/0 به دست آمد. برای شبیه سازی جریان در دوره‌های آینده، بارش و دمای هوا تحت چهار سناریو ذکر شده با استفاده از مدل LARS-WG ریزمقیاس گردید و با ورود داده‌های بارش و دمای ریزمقیاس شده به مدل SWAT، جریان ورودی به سد شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که اگر چه میزان بارش در منطقه افزایش داشته اما افزایش دما در این حوضه اثر بیشـتری در کـاهش میـزان جریان داشته اسـت. جریان ورودی سد مارون در دوره حاضر و آینده به عنوان یکی از ورودی‌های مهم مدل MODSIM استفاده شدند. با جمع‌آوری سایر اطلاعات مورد نیاز، تخصیص آب به هر نیاز در هر دوره انجام‌شده و شاخص عملکردی اطمینان‌پذیری محاسبه‌شد. بر اساس نتایج حاصله، تغییر اقلیم بر تخصیص آب به نیازهای موجود اثرگذار بوده به گونه ای که میانگین تخصیص صورت‌گرفته به نیازها را حداقل 2% و حداکثر 6.25% نسبت به وضع موجود کاهش خواهد داد در این مقاله تلاش شده است با تغییر در الگوی کشت، سطح زیر کشت و شاخص اعتماد پذیری در وضع موجود را حفظ کرد. در این شرایط در دسته B3 به عنوان سخت ترین اثرگذاری شرایط تغییر اقلیم، می‌توان با کاهش 9% سطح کشت یونجه، 15% سطح کشت ذرت دانه‌ای پاییزه، 17% سطح کشت گندم، 5% سطح کشت سیب زمینی، و افزایش 9% سطح کشت جو و کنجد، 15% سطح کشت ذرت علوفه‌ای پاییزه، 17% سطح کشت گوجه فرنگی و 5% سطح کشت باقلا، شرایط فعلی را از نظر سطح زیر کشت و شاخص اعتمادپذیری حفظ کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Adaptation to Climate Change Conditions in Maroon Basin

نویسندگان [English]

  • Mostafa Mirmehdi 1
  • Mojtaba Shourian 2
  • Ahmad Sharafati 3
1 Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University
2 Department of Civil, Water and Environmental Engineering, Technical and Engineering College, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
3 Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

Climate change is one of the critical environmental issues that has significantly influenced the water resources availability in recent years. The purpose of this research is to investigate the climate change adaptation strategies in Maroon Basin, Iran, to balance the pre-defined water demands and the future supplies by changing the area and pattern of cultivation in the basin. To investigate the impacts of climate change on precipitation, temperature, and inflow to Maroon Dam, simulations of five General Circulation Models (GCMs) namely MIROC-ESM, MPI -ESM-MR, HadGEM2-ES, EC-EARTH, and GFDL-ESM2M were studied at three future periods of 2021-2040, 2041-2060, and 2061-2080. First, Maroon Dam inflow was simulated using the SWAT hydrological model. Then the model was calibrated and validated against monthly flow at the Idanak and Tang-e-Takab hydro-stations. The Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) index at Idanak and Tang-e-Takab stations were estimated 0.69 and 0.67 for the calibration and 0.65 and 0.59 for the validation step. The downscaling of precipitation and temperature data under the four RCP scenarios was done using the LARS-WG model. The calibrated SWAT model was forced using the downscaled data to simulate the inflow to the dam during the three future periods. The results showed that the temperature increase projected in the catchment would significantly reduce the runoff formation in the catchment, despite the projected increase in the precipitation. The present and future Maroon Dam inflow were used as essential inputs to the MODSIM model. Water allocation to each requirement in all the periods was done by collecting other necessary information and calculating the reliability performance index. Compared with the current status, on average, allocation to the defined demands will reduce by 2 to 6.25 percent. In this research, an attempt has been made to maintain the cultivated area and reliability index in the current status by altering the cultivation pattern. Therefore, 9% decrease in alfalfa plantation area, 15% decrease in autumn grain maize, 17% decrease in wheat, 5% decrease in potato and 9% increase in barley and sesame, 15% increase in autumn silage maize, 17% increase in tomato, and 5% increase in bean in class B3 (as the most effective climate change conditions), would fulfill the premise of the study to maintain the overall cultivation area and reliability index under the climate change impacts.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adaptation
  • Climate change
  • Water resources planning

مراجع

Abbaspour, K. C., Yang, J., Maximov, I., Siber, R., Bogner, K., Mieleitner, J., Zobrist, J. and Srinivasan, R. (2007). Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology, 333(2–4), 413–430.
Arnold, J. G., Moriasi, D. N., Gassman, P. W., Abbaspour, K. C., White, M. J., Srinivasan, R., Santhi, C., Harmel, R. D., Griensven, A., Liew, M. W., Kannan, N. and Jha, M. K. (2012). SWAT: Model use, calibration, and validation. Journal of Transactions of the ASABE, 55(4), 1491-1508.
Boithias, L., Sauvage, S., Lenica, A., Roux, H., Abbaspour, K.C., Larnier, K., Dartus, D. and Sánchez-Pérez, J.M. (2017). Simulating flash floods at hourly time-step using the SWAT model. Journal of Water, 9(12), 929.
Chhuon, K., Herrera, E. and Nadaoka, K. (2016). Application of integrated hydrologic and river basin management modeling for the optimal development of a multi-purpose reservoir project. Journal of Water Resources Management, 30(9), 3143-3157.
Daneshgar, H., Bagheri, M. and Mardani Najafabadi, M. (2021). Evaluation of consequences of Climate change and Adaptation Strategies in Bushkan Plain of Bushehr Province. Journal of agricultural Economics and Development, 35(1), 63-78. (In Farsi)
Fadaeizadeh, K. and Shourian, M. (2019). Determination of the Optimal River Basin-Wide Agricultural Water Demand Quantities Meeting Satisfactory Reliability Levels. Journal of Water Resources Management, 33, 2665–2676.
Heydari, N. (2017). Climate Change and Its Adaptation Measures for agriculture, Journal of Water management in agriculture, 4(2), 13-26. (In Farsi)
IPCC, AR4. (2007). General  guidelines  on  the  use  of cenario data for climate impact and adaptation, AOGCM models for assessing climate change impact  on  regional  scale. Journal of Earth Physic and Space, 36(4), 99–110.
Jamshidpey, A. and Shourian, M. (2021). Crop pattern planning and irrigation water allocation compatible with climate change using a coupled network flow programming-heuristic optimization model, Journal of Hydrological Sciences, 66(1), 90-103.
khalilian, S., shahvari, N., Mosavi, N. and Mortazavi, S.A. (2018).  Assessment of Climate Change Impacts on Water Resources in Varamin Plain Basin Using SWAT Model, Journal of Irrigation and Drainage, 13(2), 354-366. (In Farsi)
Massah Bavani, A. R. and Morid, S. (2006). Impact of Climate Change on the Water Resources of Zayandeh Rud Basin, Journal of Science And Technology of Agriculture And Natural Resources, 9(4), 17-27. (In Farsi)
Maghsood, F. F., Moradi, H., Bavani, A. R. M., Panahi, M., Berndtsson, R., and Hashemi, H. (2019). Climate change impact on flood frequency and source area in northern Iran under CMIP5 scenarios. Journal of Water, 11(2), 1–22.
Moriasi, D. N. Arnold, J. G. Van Liew, M. W. Bingner, R. L. Harmel, R. D. and Veith, T. L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Journal of Transactions of the ASABE, 50(3), 885–900.
Mohammad Jani, E. and Yazdanian, N. (2014). Analysis of the water crisis in the country and its management requirements, Journal of Ravand, 21(65-66), 117-144. (In Farsi)
Nash, J. E. and Sutcliffe, J. V. (1970). River Flow Forecasting Through Conceptual Models - Part I - A Discussion of Principles. Journal of Hydrology, 10(1970), 282–290.
Naghshine, M.H., Raof, F.F. and Khoshraftar, A. (2013). The study of flood hydraulics before the building of Maroon Dam by HEC-RAS, Maskingam and Muskingum-Cunge method. Journal of Advances in Environmental Biology, 7(5), 890-893.
Panahia, M. Misaghib, F. and Ahmadi, F. (2021). Study of climate change impact on water resources allocation in Maragheh Plain using WEAP Model. Journal of Water Harvesting Research, 4(2), 153-166.
Rahman, K. Maringanti, C. Beniston, M. Widmer, F. Abbaspour, K. and Lehmann, A. (2013). Streamflow modeling in a highly managed mountainous glacier watershed using SWAT: the Upper Rhone River watershed case in Switzerland. Journal of Water resources management, 27(2), 323-339.
Sabzzadeh, I., Alimohammadi, S. and Shourian, M. (2014). Estimation of Demand’s Return flow Fractions in Shian River Basin Using Auto-Calibration of MODSIM Model, Journal of Water Research, 8(1), 19-27. (In Farsi)
Shourian, M., Mousavi, S. J., and Tahershamsi, A. (2008). Basin-wide water resources planning by integrating PSO algorithm and MODSIM. Journal of Water resources management, 22, 1347-1366.
Soleymani, M., Rahimi, D. and Yazdanpanah, H. (2021). Climate change Adaptation Strategy in agriculture (Rostam County). Journal of Natural Environmental Hazard, 10(29), 19-32. (In Farsi)
Tuo, Y., Marcolini, G., Disse, M. and Chiogna, G. (2018). A multi-objective approach to improve SWAT model calibration in alpine catchments. Journal of hydrology, 559, 347-360.
Vaghefi, S.A., Abbaspour, K.C., Faramarzi, M., Srinivasan, R. and Arnold, J.G. (2017). Modeling crop water productivity using a coupled SWAT–MODSIM model. Journal of Water, 9(3), 157.
Yang, J., Reichert, P., Abbaspour, K.C., Xia, J. and Yang, H. (2008). Comparing uncertainty analysis techniques for a SWAT application to the Chaohe Basin in China. Journal of hydrology, 358(1-2), 1-23.
Yibecal, A., Jonas, J. and Anthony, P. (2019). Crop Switching as an Adaptation Strategy to Climate change: the case of Semien Shewa Zone of Ethiopia. Journal of Climate change Strategies and management, 11(3) 358-371.
Zalaki-Badil, N., Eslamian, S., Sayyad, G.A., Hosseini, S.E., Asadilour, M., Ostad-Ali-Askari, K., Singh, V.P. and Dehghan, S. (2017). Using SWAT Model to determine runoff, sediment yield in maroon-dam catchment. Journal of Research Studies in Agricultural Sciences, 3(12), 31-41.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 53، شماره 11
بهمن 1401
صفحه 2533-2549

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار