ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر رواناب شهری بر اساس مدل‌های CMIP6 (مطالعه موردی: منطقة 10 شهرداری تهران)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/ گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط ‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار/ گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط‌ زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 استاد/ گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

پیش‌بینی تغییرات بارش ناشی از پدیدة تغییر اقلیم و تأثیر آن بر کمیت و کیفیت رواناب اهمیت زیادی در مدیریت منابع آب به‌ویژه در حوضه‌های شهری دارد. در همین راستا در پژوهش حاضر تأثیر تغییرات اقلیمی بر رواناب شهری منطقه 10 شهرداری تهران مورد بررسی قرار گرفته است. با ارزیابی عملکرد مدل‌های اقلیمی در پیش‌بینی بارش دوره مشاهداتی (2010-1981)، پنج مدل با بهترین عملکرد جهت پیش‌بینی بارش دوره آتی (2050-2021) انتخاب و برونداد آن‌ها تحت دو سناریوی SSP1-2.6 و SSP5-8.5 با بهره‌گیری از مدل LARS-WG ریزمقیاس‌نمایی شد. نتایج تحلیل‌ها در مقیاس ماهانه نشان داد که در سناریوی SSP5-8.5، بارش در ماه‌های ژانویه، فوریه و مارس کاهش و در ماه‌های اوت و سپتامبر افزایش خواهد یافت. در سناریوی SSP1-2.6 نیز در ماه سپتامبر افزایش بارش پیش‌بینی شده است. پیش‌بینی‌ها در مقیاس سالانه روند مشخصی نداشته و در برخی مدل‌ها افزایش و در برخی دیگر کاهش بارش پیش‌بینی شده است. در ادامه و جهت پایش تغییرات رواناب، خروجی روزانه مدل LARS-WG با بهره‌گیری از روش چندک فراوانی به بارش‌های شش ساعته گسسته‌سازی شد. با تحلیل بارش‌های حدی، پیش‌بینی مدل‌های HADGEM3-GC31-LL و CMCC-ESM2 در سناریوی SSP5.8.5 به‌ترتیب به‌عنوان بدبینانه و خوش‌بینانه‌ترین سناریو نسبت به حالت پایه در نظر گرفته شد. سپس تغییرات رواناب در این دو سناریو با مدل SWMM ارزیابی شد. نتایج اجرای مدل در سناریوی بدبینانه نشان داد که با افزایش 31.4 و 26.8 درصد بارش در دوره‌های بازگشت 5 و 10 سال نسبت به دوره پایه، حجم رواناب به‌ترتیب 2/25 و 7/20 درصد افزایش و غلظت ذرات جامد نیز به‌ترتیب 21.4 و 18.3 درصد کاهش خواهد یافت. هم‌چنین، در این سناریو حجم آب‌گرفتگی در حوضه تا 42.12 درصد افزایش می‌یابد. در سناریوی خوش‌بینانه نیز با کاهش بارش‌های حدی، در دوره‌های بازگشت 5 و 10 سال، حجم رواناب به‌ترتیب 2.2 و 8.3 درصد کاهش و غلظت ذرات جامد به‌ترتیب 2.5 و 10درصد نسبت به دورة پایه افزایش می‌یابد. در این سناریو با وجود کاهش بارش هم‌چنان تعداد گره‌های سیلابی حوضه ثابت است که این موضوع اهمیت بررسی رویکردهای مدیریت رواناب در منطقه مورد مطالعه را نمایان می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


انصاری، ثمین، دهبان، حسین، زارعیان، محمدجواد، و فرخ­نیا، اشکان (1401). بررسی روند تغییرات دما و بارش حوضه‌های آبریز ایران در افق 20 سال آینده بر اساس برونداد مدل‌های CMIP6. پژوهش آب ایران، 16(1)، 11-24. doi:10.22034/IWRJ.2022.11204
بهزادی، پریچهره، روزبهانی، عباس، و مساح بوانی، علی رضا (1398). تحلیل شاخص پایداری سیستم‏های جمع‏آوری آب‏های سطحی تحت تأثیر تغییر اقلیم (مطالعۀ موردی: منطقۀ 11 شهرداری تهران). اکوهیدرولوژی، 6(3)، 631-649. doi:10.22059/IJE.2019.274672.1035
جهانگیر، محمدحسین، و روزبهانی، فاطمه (1401). تخمین بلندمدت تغییرات عوامل اقلیمی ایستگاهی تحت مدل CanESM2 (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک بروجرد). مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4)، 37-52. doi:10.22098/MMWS.2022.10479.1085
حجازی‌زاده، زهرا، اکبری، مهری، ساسان‌پور، فرزانه، حسینی، علیرضا، و محمدی، نیلوفر (1401). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر بارش‌های سیل‌آسا در استان تهران. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(2)، 87-105. doi:10.22098/MMWS.2022.9958.1075
سرابی، مجتبی، دستورانی، محمدتقی، و زرین، آذر (1399). بررسی تاثیر تغییرات اقلیمی بر وضعیت بارش ( مطالعه موردی: حوضه آبخیز سد طرق). هشتمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه فردوسی مشهد.
سلطانی، مریم (1388). مدل‌سازی کیفی نهرهای درون شهری. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف.
شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس، (1391). طرح جامع مدیریت آب‌‌های سطحی تهران. جلد دوم، 63 صفحه، تهران، ایران.
شرکت مهندسی مشاور زیستاب، (1390). مطالعات جمع‌آوری و هدایت آب‌های سطحی منطقه ده شهرداری تهران.
طاهری بهبهانی، محمدطاهر، و بزرگ‌زاده، مصطفی (1374). سیلاب­های شهری. مرکز انتشار مطالعات مرتبط با معماری و شهرسازی، تهران، ایران.
عبدالله شمشیرساز، شاهین، و نظریها، مهرداد (1393). اثر تغییر اقلیم بر کیفیت رواناب شهری (مسیل زرگنده). دومین همایش منطقه‌ای تغییر اقلیم و گرمایش زمین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان.
نوری خواجه بلاغ، حامد، و موسوی، سید فرهاد (1400). اثرات تغییر اقلیم بر کمیت و کیفیت رواناب شهری قسمتی از حوضه آبریز کرج بر اساس سناریوهای .RCP علوم آب و خاک، 25(3)، 59-78.
یزدان دوست، فرهاد، ملائکه پور شوشتری، سید محمدمهدی، و طهماسبی بیرگانی، یاسر (1392). بررسی اثرات تغییر اقلیم برروند سیلاب‌های شهری و عملکرد سیستم زهکشی. کنفرانس ملی مدیریت سیلاب، تهران، ایران.
 
Abdollah Shamshirsaz, S.H., & Nazariha, M. (2014). The effects of climate change on urban runoff quality. the 2th Regional Conference on Climate Change and Earth Warming, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences Zanjan, Iran. [In Persian]
Alamdari, N., Claggett, P., Sample, D.J., Easton, Z.M., & Yazdi, M.N. (2022). Evaluating the joint effects of climate and land use change on runoff and pollutant loading in a rapidly developing watershed. Journal of Cleaner Production, 330, 129953. doi:10.1016/j.jclepro.2021.129953
Ansari, S., Dehban, H., Zareian, M., & Farokhnia, A. (2022). Investigation of temperature and precipitation changes in the Iran's basins in the next 20 years based on the output of CMIP6 model. Iranian Water Researches Journal, 16(1), 11-24. doi:10.22034/IWRJ.2022.11204 [In Persian]
Barnston, A.G. (1992). Correspondence among the correlation, RMSE, and Heidke forecast verification measures; refinement of the Heidke score. Weather and Forecasting, 7(4), 699-709. doi:10.1175/1520-0434(1992)007<0699:CATCRA>2.0.CO;2
Behroozi, A., Niksokhan, M.H., & Nazariha, M. (2015). Developing a simulation‐optimisation model for quantitative and qualitative control of urban run‐off using best management practices. Journal of Flood Risk Management, 11(1), 340-351. doi:10.1111/jfr3.12210
Behzadi, P., Roozbahani, A., & Massah Bavani, A. (2019). Analysis of sustainability index in stormwater drainage systems under the climate change impacts (case study: District 11 of Tehran). Iranian journal of Ecohydrology, 6(3), 631-649. doi:10.22059/IJE.2019.274672.1035 [In Persian]
Binesh, N., Niksokhan, M.H., Sarang, A., & Rauch, W. (2019). Improving sustainability of urban drainage systems for climate change adaptation using best management practices: a case study of Tehran, Iran. Hydrological Sciences Journal, 64(4), 381-404. doi:10.1080/02626667.2019.158585710.4236/ajcc.2017.63025 
Chisanga, C. B., Phiri, E., & Chinene, V. R. (2017). Statistical downscaling of precipitation and temperature using long ashton research station weather generator in Zambia: a case of mount makulu agriculture research station. American Journal of Climate Change, 6(3), 487-512. doi:10.4236/ajcc.2017.63025
Debo, T.N., & Reese, A. (2003). Municipal stormwater management. 2th Edition, CRC Press, 1172 pages.
Eyring, V., Bony, S., Meehl, G.A., Senior, C.A., Stevens, B., Stouffer, R.J., & Taylor, K.E. (2016). Overview of the coupled model intercomparison project phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geoscientific Model Development. 9(5), 1937-1958. doi:10.5194/gmd-9-1937-2016
Ghodsi, S.H., Zahmatkesh, Z., Goharian, E., Kerachian, R., & Zhu, Z. (2020). Optimal design of low impact development practices in response to climate change. Journal of Hydrology, 580, 124266. doi:10.1016/j.jhydrol.2019.124266
Hassani, M.R., Niksokhan, M.H., Janbehsarayi, S.F., Mousavi Nikoo, M.R. (2023). Multi-Objective Robust Decision-Making for LIDs Implementation under Climatic Change. Journal of Hydrology, 128954. doi:10.1016/j.jhydrol.2022.128954
Hejazizadeh, Z., Akbari, M., Sasanpour, F., Hosseini, A., & Mohammadi, N. (2022). Investigating the effects of climate change on torrential rains in Tehran province. Water and Soil Management and Modeling, 2(2), 87-105. doi:10.22098/MMWS.2022.9958.1075 [In Persian]
Hua, P., Yang, W., Qi, X., Jiang, S., Xie, J., Gu, X., Li, H., Zhang, J., & Krebs, P. (2020). Evaluating the effect of urban flooding reduction strategies in response to design rainfall and low impact development. Journal of Cleaner Production, 242, 118515. doi:10.1016/j.jclepro.2019.118515
Jahangir, M.H., & Rouzbahani, F. (2022). Long-term estimation of changes in station climate parameters under the CanESM2 model (case study: Boroujerd synoptic station). Water and Soil Management and Modeling, 2(4), 37-52. doi:10.22098/MMWS.2022.10479.1085 [In Persian]
Jeon, D.J., Ki, S.J., Cha, Y., Park, Y., & Kim, J.H. (2019). New methodology of evaluation of best management practices performances for an agricultural watershed according to the climate change scenarios: A hybrid use of deterministic and decision support models. Ecological Engineering, 119, 73-83. doi:10.1016/j.ecoleng.2018.05.006
King, G. (1990). Stochastic variation: A comment on lewis-beck and skalaban's “the R-squared”. Journal Political Analysis, 2, 185-200. doi:10.1093/pan/2.1.185
MahabGhods Consulting Engineering Company, (2011). Integrated Plan of Tehran Surface Runoff Management, Second Volume: Primary Studies, First Section: Hydro Climatology Report. Tehran, Iran. [In Persian]
Maraun, D., Wetterhall, F., Ireson, A.M., Chandler, R.E., Kendon, E.J., Widmann, M.B., & Thiele‐Eich, I. (2010). Precipitation downscaling under climate change: Recent developments to bridge the gap between dynamical models and the end user. Reviews of geophysics, 48(3). doi:10.1029/2009RG000314
Marengo, J.A., Ambrizzi, T., Da Rocha, R.P., Alves, L.M., Cuadra, S.V., Valverde, M.C., Torres, R.R., Santos, D.C., & Ferraz, S.E. (2010). Future change of climate in South America in the late twenty-first century: intercomparison of scenarios from three regional climate models. Climate Dynamics, 35(6), 1073-1097. doi:10.1007/s00382-009-0721-6
Marsalek, J., & Watt, M.E. (1984). Design storms for urban drainage design. Canadian Journal of Civil Engineering, 11(3), 574-584. doi:10.1139/l84-075
Nash, J.E., & Sutcliffe, J.V. (1970). River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3), 282-290. doi:10.1016/0022-1694(70)90255-6
Noori Kahajebolagh, H., & Mousavi, F. (2021). Effects of climate change on quantity and quality of urban runoff in a part of Karaj watershed based on RCP scenarios. Journal of Water and Soil Science, (3)25, 59-78. doi:10.47176/jwss.25.3.1013 [In Persian]
O’Neill, B.C., Kriegler, E., Ebi, K.L., Kemp-Benedict, E., Riahi, K., Rothman, D.S., Van Ruijven, B.J., Van Vuuren, D.P., Brikmann, J., Kok, K., & Levy, M. (2017). The roads ahead: Narratives for shared socioeconomic pathways describing world futures in the 21st century. Global Environmental Change, 42, 169-180. doi:10.1016/j.gloenvcha.2015.01.004
Riahi, K., Van Vuuren, D.P., Kriegler, E., Edmonds, J., O’neill, B.C., Fujimori, S., Bauer, N., Calvin, K., Dellink, R., Fricko, O., Lutz, W., Popp, A., Crespo, C., KC, S., Leimbach, M., Jiang, L., Kram, T., Roa, Sh., Emmerling, J., … & Tavoni, M. (2017). The shared socioeconomic pathways and their energy, land use, and greenhouse gas emissions implications: an overview. Global Environmental Change, 42, 153-168. doi:10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009
Roozbahani, A., Behzadi, P., & Bavani, A.M. (2020). Analysis of performance criteria and sustainability index in urban stormwater systems under the impacts of climate change. Journal of Cleaner Production, 271, 122727. doi:10.1016/j.jclepro.2020.122727
Rossman, L.A. (2010). Storm water management model user's manual, version 5.0 (p. 276). Cincinnati: National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency.
Sarabi, M., Dastoorani, M.T., & Zarin, A. (2021). Evaluating the Effects of Climate Change on Future Rainfall (Case Study: Torogh Dam Basin). 8th National Conference on Water Resources Management. University of Ferdowsi, Mashhad, Iran. [In Persian]
Soltani, M. (2009). Quality based modeling of inland channels. Master Thesis. Sharif University of Technology, Tehran, Iran. [In Persian]
Stouffer, R.J., Eyring, V., Meehl, G.A., Bony, S., Senior, C., Stevens, B., & Taylor, K.E. (2017). CMIP5 scientific gaps and recommendations for CMIP6. Bulletin of the American Meteorological Society, 98(1), 95-105. doi:10.1175/BAMS-D-15-00013.1
Taheri Behbahani, M.T., & Bozorgzade, M. (1996). Urban Floods. Publication Center for Urban and Architecture Studies and Research, Tehran, Iran. [In Persian]
Yazdandoost, F., Malaeke poor shooshtari, M.H., Tahmasbi birgani, Y. (2013). Evaluating the effects of climate change on urban stormwater trend and performance of drainage system. National Conference on Stormwater Management, Tehran, Iran. [In Persian]
Zahmatkesh, Z., Karamouz, M., Goharian, E., & Burian, S.J. (2015). Analysis of the effects of climate change on urban storm water runoff using statistically downscaled precipitation data and a change factor approach. Journal of Hydrologic Engineering, 20(7), 05014022. doi:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001064
Zistab Consuting Engineering Company, (2012). Studies on surface water collection in district 10 of Tehran municipality. Tehran, Iran. [In Persian]
Zhou, Q., Leng, G., Su, J., & Ren, Y. (2019). Comparison of urbanization and climate change impacts on urban flood volumes: Importance of urban planning and drainage adaptation. Science of the Total Environment, 658, 24-33. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.12.184