ارزیابی مدل WetSpass-M در برآورد پاسخ هیدرولوژیکی حوضه نیشابور-رخ به تغییراقلیم سال‌های آتی

آب و خاک

مقاله 7، دوره 36، شماره 5 - شماره پیاپی 85، آذر و دی 1401، صفحه 629-644   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2022.78598.1199

نویسندگان

سپیده دولت آبادی¹؛ مهدی امیرآبادی زاده^{* 1}؛ مهدی زارعی²

¹دانشگاه بیرجند

²مرکز پژوهشی علوم جغرافیایی و مطالعات اجتماعی، دانشگاه حکیم سبزواری

چکیده

در سال­های اخیر، آشکار شدن اثرات تغییراقلیم بر بخش­های مختلف از جمله منابع آب سبب شده مشکلات ناشی از آن به یکی از بحران­های اساسی مدیریت منابع آب کشور تبدیل شود. بنابراین کسب دانش کافی در خصوص اثرات تغییراقلیم بر فرآیندهای هیدرولوژیکی ضرورت دارد. این تحقیق، به مطالعه اثرات تغییراقلیم بر مؤلفه­های منابع آب حوضه نیشابور- رخ می­پردازد. در این راستا، شبیه­سازی هیدرولوژیکی حوضه در بازه زمانی 2017-1991 با استفاده از مدل WetSpass-M انجام شد. در گام بعد، پارامترهای اقلیمی شش مدل گردش کلی تحت سناریو RCP4.5 در دوره پایه توسط روش اصلاح اریبی چارک­ها ریزمقیاس و با روش اعتبارسنجی متقابل leave one out واسنجی و اعتبارسنجی گردید. با انجام رتبه­بندی و وزن‌دهی شش مدل اقلیمی انتخاب شده و جهت ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی حوضه به تغییراقلیم بازه زمانی 2052-2026، خروجی­های شش مدل گزارش پنجم گردش کلی تحت سناریو انتشار RCP4.5 و ریزمقیاس شده توسط روش اصلاح اریبی چارک­ها به صورت گروهی به مدل WetSpass-M وارد و پیش­نگری در آینده نزدیک انجام گرفت. نتایج نشان داد بارش و متوسط دمای سالانه حوضه در آینده نزدیک به ترتیب 66/4 درصد و 21/1 درجه سانتیگراد افزایش می­یابد. تحلیل مؤلفه­های منابع آب در آینده نزدیک نشان می­دهد رواناب کل، تغذیه آب زیرزمینی، تبخیرتعرق واقعی سالانه به ترتیب 9/5، 85/14، 42/1 درصد نسبت به دوره پایه افزایش و رواناب مستقیم و برگاب سالانه به ترتیب 15/15 و 54/3 درصد نسبت به دوره پایه کاهش خواهند داشت. با توجه به اهمیت و نقش عمده حوضه نیشابور در اقتصاد محصولات کشاورزی استان خراسان رضوی، نتایج پژوهش حاضر کمک شایان توجهی به مدیران و سیاست­گذاران مدیریت منابع آب کشور در جهت اتخاذ تصمیمات مناسب با هدف تقلیل اثرات تغییراقلیم بر منابع آب حوضه نیشابور-رخ خواهد نمود.

کلیدواژه‌ها

تغذیه آب زیرزمینی؛ تغییراقلیم؛ رواناب؛ مدل WetSpass-M؛ نیشابور

مراجع

1. Abbaspour, K.C., Faramarzi, M., Seyed Ghasemi, S., & Yang, H. (2009). Assessing the impact of climate change on water resources in Iran. Water Resources Research 45(10). https://doi.org/10.1029/2008WR007615.
2. Abdollahi, K., Bashir, I., & Batelaan, O. (2012). WetSpass Graphical User Interface. Brussels: Vrije Universiteit Brussels Department of Hydrology and Hydraulic Engineering.
3. Abdollahi, K., Bashir, I., Verbeiren, B., Harouna, M.R., Griensven, A.V., Huysmans, M., & Batelaan, O. (2017). A distributed monthly water balance model: formulation and application on Black Volta Basin, Environmental Earth Sciences 76(198): 1-18. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6512-1.
4. Almasi, P., Soltani, S., Goodarzi, M., & Modarres, R. (2017). Assessment the Impacts of Climate Change on Surface Runoff in Bazoft Watershed. Journal of Water and Soil Science 20(78): 39-52. http://jstnar.iut.ac.ir/article-1-3434-fa.html
5. Ansari, S., Massah Bavani, A., & Roozbahani, A. (2016). Effects of climate change on groundwater recharge (Case study: Sefid Dasht plain). Journal of Water and Soil 30(2): 416-431. (In Persian with English abstract)
6. Dakhlaoui, H., Ruelland, D., Tramblay, Y., & Bargaoui, Z. (2017). Evaluating the robustness of conceptual rainfall-runoff models under climate variability in northern Tunisia. Journal of Hydrology 550: 201-217. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.04.032.
7. Fereidoon, M., & Koch, M. (2018). SWAT-MODSIM-PSO optimization of multi-crop planning in the Karkheh River Basin, Iran, under the impacts of climate change. Science of The Total Environment 630: 502-516. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.02.234.
8. Flato, G., Marotzke, J., Abiodun, B., Braconnot, P., Chou, SC., Cox, P., Driouech, F., Emori, S., Eyring, V., Forest, C., Gleckler, P., Guilyardi, E., Jakob, C., Kattsov, V., Reason, C., & Rummukainen, M. (2013). Evaluation of climate models. in: climate change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
9. Gebremeskel, G., & Kebede, A. (2018). Estimating the effect of climate change on water resources: Integrated use of climate and hydrological models in the Werii watershed of the Tekeze river basin, Northern Ethiopia. Agriculture and Natural Resources 52(2): 195-207. https://doi.org/10.1016/j.anres.2018.06.010.
10. Gudmundsson, L., Bremnes, J.B., Haugen, J.E., & Engen-Skaugen, T. (2012). Technical Note: Downscaling RCM precipitation to the station scale using statistical transformations- a comparison of methods. Hydrology and Earth System Sciences 16: 3383-3390. https://doi.org/10.5194/hess-16-3383-2012.
11. Hargreaves, G.H., & Samani, Z.A. (1985). Reference crop evapotranspiration from ambient air temperature, American Society of Agricultural and Biological Engineers. https://doi.org/10.13031/2013.26773.
12. Hashemi, H., Uvo C, B., & Berndtsson, R. (2015). Coupled modeling approach to assess climate change impacts on groundwater recharge and adaptation in arid areas. Hydrology and Earth System Sciences 19(10): 4165–4181. https://doi.org/10.5194/hess-19-4165-2015.
13. Hastie, T., Tibshirani, R., & Freidman, J.H. (2008). The Elements of Statistical Learning. Springer Series in Statistics.
14. Kahsay, K.D., Pingale, S.M., & Hatiye, S.D. (2018). Impact of climate change on groundwater recharge and base flow in the sub-catchment of Tekeze basin, Ethiopia. Groundwater for Sustainable Development 6: 121-133. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2017.12.002.
15. Lawrence Livermore National Laboratory - Green Data Oasis Available athttp://gdo-dcp.ucllnl.org/downscaled_cmip_projections/dcpInterface.html.
16. Mengistu, D., Bewket, W., Dosio, A., & Pantiz, H.J. (2021). Climate change impacts on water resources in the Upper Blue Nile (Abay) River Basin, Ethiopia. Journal of Hydrology https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125614.
17. Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Bingner, R.L., Harmel, R.D., & Veith, T.L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. American Society of Agricultural and Biological Engineers 50(3): 885-900. https://doi.org/10.13031/2013.23153.
18. Ougahi, J.H., Cutler, ME.J., & Cook. SJ. (2022). Modelling climate change impact on water resources of the Upper Indus Basin. Journal of Water & Climate Change 13(2): 482-504. https://doi.org/10.2166/wcc.2021.233.
19. Safari Shad, M., Habibnejad Roshan, M., Solaimani, K., Ildoromi, A., & Zeinivand, H. (2017). The potential effects of the climate change on the river flow in Hamadan watershed-Bahar. Hydrogeomorphology 4(10): 81-98. (In Persian with English abstract)
20. Sharafati, A., Haji Seyed Asadollahi, S.B., & Shahbazi, A. (2021). Assessing the impact of climate change on urban water demand and related uncertainties: a case study of Neyshabur, Iran. Theoretical and Applied Climatology 145: 473-487. https://doi.org/10.1007/s00704-021-03638-5
21. Shrestha, S., Bach, T.V., & Pandey, V.P. (2016). Climate change impacts on groundwater resources in Mekong Delta under representative concentration pathways (RCPs) scenarios. Environmental Science & Policy 6: 1-13. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2016.03.010.
22. Tan, M.L., Ibrahim, A.L., Yusop, Z., Chua, V.P., & Chan, N.W. (2017). Climate change impacts under CMIP5 RCP scenarios on water resources of Kelantan River Basin, Malaysia. Atmospheric Research 189: 1-10. https://doi.org/10.1016/g.atmosres.2017.01.008.
23. Wang, Y., Liao, W., Ding, Y., Wang, X., Jiang, Y., Song, X., & Lei, X. (2015). Water resources spatiotemporal pattern evaluation of the upstream Yangtze River corresponding to climate changes. Quaternary International 380: 187-196. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.02.023.
24. Wang, Y., Sivandran, G., & Bielicki, J.M. (2017). The stationarity of two statistical downscaling methods for precipitation under different choices of cross-validation periods. International Journal of Climatology 38(5): 330-348. https://doi.org/10.1002/joc.5375.
25. Zhang, J., Wang, G., He, R., & Liu, C. (2009). Variation trends of runoffs in the Middle Yellow River basin and its response to climate change. Advances in Water Science 20(2): 153-158.