بررسی و تحلیل اثر تغییر اقلیم بر رواناب و رسوب با استفاده از مدل SWAT (مطالعة موردی: حوزة آبخیز فریزی)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکدة منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 دانشیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکدة منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشکدة ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

4 دانشیار، گروه مدیریت مناطق خشک و بیابانی، دانشکدة منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

تغییر اقلیم به یک نگرانی در بین جامعة علمی، دولت‌ها و مردم تبدیل‌شده است. تغییر اقلیمی به ‌ناچار چرخة هیدرولوژیکی و توزیع زمانی و مکانی منابع آب را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تغییرات، به‌نوبة خود، ممکن است منجر به تغییر فرسایش خاک در حوزه‌های آبخیز همراه با سایر مشکلات محیط زیستی شود. از این‌رو، پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر رواناب و رسوب حوزة آبخیز فریزی واقع در استان خراسان رضوی انجام شد. بدین‌منظور، ابتدا مدل SWAT با اطلاعات مورد نیاز از حوزة آبخیز مورد مطالعه و داده‌های رواناب و رسوب واسنجی شد و سپس شبیه‌سازی‌ها با مدل واسنجی شده انجام گرفت. برای ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر فرسایش حوزة آبخیز مورد مطالعه برای دورة آینده (2021 تا 2100) از خروجی مدل اقلیمی MPI-ESM1-2HR مربوط به فاز ششم پروژة مقایسة مدل‌های جفت شده (CMIP6) و دو سناریوی انتشار متوسط و خیلی بدبینانه استفاده شد. نتایج نشان داد که میزان رواناب در دورة آینده کاهش و میزان رسوب افزایش خواهد یافت. میانگین رواناب شبیه‌سازی‌شده تحت شرایط اقلیم آینده با دو سناریوی SSP2-4.5 و SSP5-8.5 به‌ترتیب 25/0 و 28/0 مترمکعب بر ثانیه به‌دست ‌آمده است که نشان‌دهندة کاهش 9/48 درصدی رواناب در سناریوی SSP2-4.5 و کاهش 8/42 درصدی رواناب در سناریوی SSP5-8.5 نسبت به دورة گذشته است. هم‌چنین، مجموع رسوب برای سناریوی SSP2-4.5 و SSP5-8.5 به‌ترتیب 57/3 و 94/4 میلیون تن پیش‌بینی ‌شده است که نشان‌دهندة افزایش 2/7 درصدی رسوب در سناریوی SSP2-4.5 و افزایش 3/48 درصدی رسوب در سناریوی SSP5-8.5 نسبت به دورة گذشته می‌باشد. در نهایت، میانگین رواناب و مجموع رسوب شبیه‌سازی‌شده در سناریوی خیلی بدبینانه (SSP5-8.5) بیش‌تر از میزان پیش‌بینی ‌شده با سناریوی متوسط (SSP2-4.5) است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abbaspour, K.C. (2009). User manual for SWAT-CUP2, SWAT calibration and uncertainty analysis programs. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Duebendorf, Switzerland, 95 pages.
Abbaspour, K.C., Yang, J., Maximov, I., Siber, R., Bogner, K., Mieleitner, J., & Srinivasan, R. (2007). Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology, 333(2), 413-430. doi:10.1016/j.jhydrol.2006.09.014
Abbaszadeh, M., Bazrafshan. O., Mahdavi, R., Rafiei Sardooi, E., & Jamshidi, S. (2023). Modeling future hydrological characteristics based on land use/land cover and climate changes using the SWAT model. Water Resources Management 37, 4177–4194. doi:10.1007/s11269-023-03545-6
Ahmadi, A., Khormian, A., & Safavi, H. (2015). Investigating climate change on the process of snowmelt to runoff, case study: Zayandeh-Rood watershed. Water Resources Research, 11(1), 70-82. doi:10.22631/jicr.2018.1992.2556
Ahmadi, M., Motamedvaziri, B., Ahmadi, H., Moeini, A., & Zehtabian, Gh. (2019). Assessing the impact of climate change on watershed runoff in the future. Watershed Management Research, 33(2), 81-66. doi:10.24200/j30.2017.20053
Arab, D. (2017). The potential effect of climate change on soil erosion vulnerability in the Oghan watershed (East of Golestan province). M.Sc. Thesis. Gonbad Kavous University. doi:10.18869/acadpub.jstnar.21.2.29
Azari, M. (2015). The effect of climate change on runoff and sedimentation in the Tamr-Golestan watershed. International Conference on Architecture, Urban Planning, Civil Engineering, Art and Environment; Future Horizons, Looking Back. Tehran. doi:10.22631/icceconf.2017.15496.1215
Chen, C., Gan, R., Feng, D., Yang. F., & Zuo, Q. (2022). Quantifying the contribution of SWAT modeling and CMIP6 inputting to streamflow prediction uncertainty under climate change. Journal of Cleaner Production, 364, 132675. doi:10.1016/j.jclepro.2022.132675
Dash, S.S, Sahoo, Bhabagrahi., Raghuwanshi, N.S. (2023). SWAT model calibration approaches in an integrated paddy dominated catchment command. Agricultural Water Management, 278, 108138. doi:10.1016/j.agwat.2023.108138
Falah Kalaki, M., Shokri Kouchak, V., & Ramezani Etedali, H. (2021). Simulating the climate change environment using CMIP5 and CMIP6 climate models on runoff using the SWAT hydrological model (Case study: Tashk-Bakhtegan watershed). Water Resources Research, (3)17, 359-345.http://dx.doi.org/10.52547/envs.18.4.161
Field, C.B., & Barros, V.R. (2014). climate change 2014: Impacts, adaptation, and vulnerability. Cambridge University Press, New York, NY.
Ghazavi, R., Ghaffari, A., & Khani, S. (2018). Investigating the impact of future climate change and estimating suspended sediment in watersheds (case study: Shahrekord watershed). Journal of Watershed Management, 9(18), 283-271.
Hajighasemi, Sh., Zakeri-Nairy, M., & Najafi Jilani, A. (2021). Investigating the impact of climate change on surface runoff using the SWAT model (Case study: Mazalqan River). Irrigation and Drainage, 15(1), 121-137, doi:20.1001.1.20087942.1400.15.1.11.1
Heydari, A. (2011). Investigating the impact of climate change on discharge and sediment in the watershed of Torah Dam, Mashhad. M.Sc. Thesis, Yazd University. doi:10.18869/acadpub.jstnar.21.2.29
Heydari, H. (2020). The effect of climate change on basin erodibility using WEPP and SWAT models (Case study: Dehbar basin). Ph.D. thesis. Ferdowsi University of Mashhad. http://dx.doi.org/10.18869/acadpub.jame.35.4.27
Heydari, M., & Khazaee, M. (2018). Assessing the impact of climate change on maximum daily precipitation in Kermanshah. Soil and Water Resources Conservation, 7(2), 27-39. https://sid.ir/paper/232133/fa
IPCC. (2007). Climate Change 2007: The physical science basis. In: Solomon, S., Qin, D,. Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K.B., Tignor, M., Miller H.L. (Eds), Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge. doi:10.1017/9781009157896
Jimeno-Sáez, Patricia., Martínez-España, R., Casalí, J., Pérez-Sánchez, J., Senent-Aparicio, J. (2022). A comparison of performance of SWAT and machine learning models for predicting sediment load in a forested Basin, Northern Spain. Catena, 212, 105953. doi:10.1016/j.catena.2021.105953
Kazemi-Roshtkhari, S., Asadi Vaighan, A., & Azari, M. (2022), Investigating climate change on discharge using the SWAT model, case study: Kashfarud watershed. Third International Conference and Sixth National Conference on Protection of Natural Resources and Environment, University of Mohaghegh Ardabili.doi:10.29171/azu_acku_risalah_k3585_bay87_1396
Khazaee Feizabad, E., Poudineh, & M., Vahidianpour, M. (2020). Investigating the effect of climate change on the runoff of the Karvander River. Geography, 17(63), 161-178. https://sid.ir/paper/382343/fa
Kiyani Majd, M., Nohtani, M., Dehmardeh Qale-No, M., & Sheikh, Z. (2023).Simulation of runoff in dry areas watersheds on a monthly scale using the SWAT model (Case study: Lar watershed). Journal of Watershed Management, 14(27): 145-135, doi:10.61186/jwmr.14.27.135
Lin, K.H. (2020). Comparative analysis of SWAT CUP and SWATSHARE for calibrationg SWAT models. Master dissertation.Lyles School of Civil Engineering, West Lafayette, Indiana, MA.
Litschert, S., Theobald, D., & Brown, T. (2014). Effects of climate change and wildfire on soil loss in the Southern. Catena, 118, 206-219. doi:10.1016/j.catena.2014.01.007
Malmir, M., Mohammad Rezapour, U., Sharif Azari, S., & Qandhari, Q.(2016). Investigating climate change on runoff in the Gharesu basin using the microscale statistical representation of HADCM3 models and dynamic neural networks. Soil and Water Research, 23(3), 317-326. doi:10.24200/j40.2018.10749.1406
Moriasi, D. (2004). Modeling the effects of rainfall intensity and deep chiseling on infiltration and runoff within DRAINMOD for alluvial soils.   Louisiana State University and Agricultural & Mechanical College ProQuest Dissertations Publishing,  3151841. doi:10.31390/gradschool_dissertations.1700
Mukundan, R., Pradhanang, S., Donald, C.,Anandhi, A., Zion, M., & Matose, A. (2013). Suspended sediment source areas and future climate impact on soil erosion and sediment yield in a new York City water supply watershed. USA. 183:110119. doi:10.1016/j.geomorph.2012.06.021
Mullan, D., Favis-Mortlock, D., & Fealy, R. (2012). Addressing key limitations associated with modelling soil erosion under the impacts of future climate change. Agricultural and Forest Meteorology, 156, 18–30. doi:10.1016/j.agrformet.2011.12.004
Naseri, F. (2017). Optimization of soil and water conservation mechanism using hydrological modeling and design algorithm. M.Sc. Thesis, Ferdowsi University of Mashhad. doi:10.18869/acadpub.jstnar.21.2.57
Nikouei, H. (2022). Assessment of health, resilience and vulnerability of Fariman Dam watershed under climate change conditions. Master's thesis. Ferdowsi University of Mashhad. doi:10.18869/acadpub.jstnar.21.2.29
Paroissein, J., Darboux, F., Couturier A., Devillers, B., Mouillot, F., Raclot, D.,  & Le Bissonnais, L. (2015). A method for modeling the effects of climate and land use changes on erosion and sustainability of soil in a Mediterranean watershed (Languedoc, France). Journal of Environmental Management, 150, 57–68 .doi:10.1016/j.jenvman.2014.10.034
Plangoen, P., Babel, M., Clemente, R., Shrestha, S., & Tripthi, N. (2013). Simulating the impact of future land use and climate change on soil erosion and. and Climate Change on Soil Erosion and Deposition in the Mae Nam Nan Sub-Catchment, Thailand. Sustainability, 5(8), 3244-3274. doi:10.3390/su5083244
Remegio, B., & Confesor. Jr. (2007). Sensitivity analysis and interdependence of the SWAT model parameters. Abstract book of 3th ASABE Annual International Meeting. doi:10.13031/2013.23224
Routschek, A., Schmidt, J., Kreienkamp, F. (2014). Impact of climate change on soil erosion- a high-resolution projection on catchment scale until 2100 in Saxony/ Germany. Catena, 121, 99–109. doi:10.1016/j.catena.2014.04.019
Sanikhani, H., Dinpajouh, Y., Pouryousef, S., Zamandadghoidel, S., & Solati, B. (2013). Investigating the effects of climate change on runoff in watersheds (Case study: Ajichay watershed in East Azerbaijan province). Water and Soil, 27(6), 1225-1234. https://sid.ir/paper/141085/fa
Sharafati, A., Nabaei, S., & Shahid, S. (2020). Spatial assessment of meteorological drought features over different climate regions in Iran. International Journal of Climatology, 40(3), 1864-1884 .doi:10.1002/joc.6307
Shrestha, N.K., & Wang, J. (2018). Predicting sediment yield and transport dynamics of a cold climate region watershed in changing climate. Science of the Total Environment, 625, 1030–1045. doi:10.1016/j.scitotenv.2017.12.347
Terranova, O., Antronico, R., Coscarelli, R., & Iaquinta, P. (2009). Soil erosion risk scenarios in the mediterranean environment using RUSLE and GIS: an application model for Calabria (Southern Italy). Geomorphology, 112, 228ñ245. doi:10.1016/j.geomorph.2009.06.009
Zarrin, A., Dadashi-Roudbari, A., & Hassani, S. (2022). Future changes in precipitation extremes over Iran: Insight from a CMIP6 bias-corrected multi-model ensemble. Pure and Applied Geophysics, 179, 441–464. doi:10.1007/s00024-021-02904-x
Zhang, X.C., & Nearing, M.A. (2005). Impact of climate change on soil erosion, runoff, and wheat productivity in central Oklahoma. Catena, 61, 185–195. doi:10.1016/j.catena.2005.03.009