تحلیل تغییرات زمانی-مکانی خدمت اکوسیستمی تولید آب در منطقه هیرکانی شمال ایران با بهره‌گیری از مدل InVEST

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته مقطع دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2 استاد گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4 دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

چکیده

خدمات هیدرولوژیک اکوسیستم شامل فرآیندهای طبیعی اکوسیستم است که تأمین و تنظیم منابع آب را برای انسان و محیط زیست ممکن می‌سازد. تولید آب به‌عنوان یکی از این خدمات، نقش حیاتی در تأمین نیازهای انسانی و پایداری محیط‌زیست دارند. در همین ارتباط، بررسی تغییرات زمانی و مکانی این خدمت به‌ویژه در شرایط تغییر کاربری اراضی و تغییرات اقلیمی اهمیت فزاینده‌ای یافته است. بر همین اساس، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تغییرات زمانی و مکانی خدمت اکوسیستمی تولید آب در منطقه هیرکانی شمال ایران و در حوزه آبخیز تالار استان مازندران طی ۲۵ سال (۱۳۶۸ تا ۱۳۹۳) با استفاده از مدل InVEST برنامه‌ریزی شده است. این مدل به‌عنوان ابزاری کارآمد برای کمی‌سازی و تهیه نقشه خدمات اکوسیستم، امکان ارزیابی تولید آب را از طریق داده‌های مکانی اقلیم، کاربری اراضی و عوامل زیست‌فیزیکی فراهم می‌کند. در راستای دستیابی به اهداف، داده‌های ورودی شامل بارندگی سالانه، تبخیر و تعرق گیاه مرجع سالانه، کاربری اراضی، مدل رقومی ارتفاع، محتوای آب در دسترس گیاه، عمق لایه محدود کننده ریشه، وضعیت پوشش اراضی، عمق ریشه، ضریب تبخیر و تعرق، پارامتر فصلی بودن، مرز جغرافیایی آبخیز و نیاز آبی در هر طبقه از کاربری‌های اراضی برای سال‌های منتخب ۱۳۶۸، ۱۳۷۹ و ۱۳۹۳ تهیه و برای اجرا به مدل معرفی شد. نتایج نشان داد که خدمت اکوسیستمی تولید آب طی دوره 25 ساله از 02/192 به 85/147 میلیون مترمکعب و معادل 23 درصد کاهش یافته است. بیش‌ترین و کم‌ترین تولید آب سالانه به‌ترتیب مربوط به کاربری‌های مرتع و باغ با مقادیر 56/94 و 44/1 میلیون مترمکعب است؛ اما به‌ازای هر هکتار، مناطق مسکونی بیش‌ترین تولید آب را داشتند که ناشی از افزایش رواناب سطحی به‌دلیل افزایش سطح نفوذناپذیر است. کاربری‌های جنگل، منطقه مسکونی، کشاورزی دیم و آبی نیز با مقادیر به‌ترتیب 57/28، 50/8، 18/8 و 59/6 میلیون مترمکعب در رتبه‌های دوم تا پنجم تولید آب قرار گرفتند. این مطالعه اهمیت حفظ پوشش‌های طبیعی، به‌ویژه در مناطق شیبدار و پربارش را برای پایداری تولید آب و مدیریت منابع آب و خاک در منطقه برجسته می‌کند. نتایج، تأکیدی بر ضرورت برنامه‌ریزی کاربری اراضی با رویکرد اکولوژیکی دارد و می‌تواند راهنمایی ارزشمند برای سیاست‌گزاران و مدیران منابع آب در ایران باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری مازندران. ۱۳۸۰. مطالعه جامع تفصیلی-اجرایی آبخیزداری حوزه آبخیز تالار. اداره کل منابع طبیعی و مدیریت حوضه آبخیز استان مازندران.
اسدالهی، زهرا و کشتکار، مصطفی (1403). ارزیابی تعادل مکانی عرضه و تقاضای خدمات هیدرولوژیکی اکوسیستم در حوضه‌های آبخیز نیمه خشک ایران (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کرخه). تحقیقات منابع آب ایران، 20(3): 17-1.doi: 10.22034/iwrr.2024.459671.2760
جهانداری، جاوید، حجازی، رخشاد، جوزی، سیّد علی و مرادی، عباس (1401). اثرات توسعه شهری بر الگوهای مکانی، زمانی خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در حوزه آبخیز بندرعباس با نرم‌افزار InVEST. مدل سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4), 91-106. doi: 10.22098/mmws.2022.11069.1097
حقدادی، مهرناز، حشمتی، غلامعلی و عظیمی، مژگان سادات (1397). بررسی خدمت اکوسیستم تولید آب با استفاده از نرم‌افزار InVEST (مطالعه موردی: حوزه آبخیز دلیچای). پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 25(4): 290-275.doi: 10.22069/jwsc.2018.13352.2800
حمدی احمدآباد، یاسر، لیاقت، عبدالمجید، رسول‌زاده، علی و قادرپور، رسول (1398). بررسی روند سرانه مصرف آب در ایران براساس رژیم غذایی دو دهه گذشت. تحقیقات آب و خاک ایران، 50(1): 87-77. doi: 10.22059/ijswr.2018.246084.667795
خوشخو، یونس، و نیک‌مهر، سامان (1400). به‌کارگیری دمای سطح زمین مستخرج از تصاویر ماهواره‌ای به‌منظور پهنه‌بندی تبخیر و تعرق مرجع. محیط‌ زیست و مهندسی آب، 7(4)، 708-722. doi: 10.22034/jewe.2021.293156.1591
طاهری محمدآبادی، نیکو، زارع چاهوکی، محمدعلی، آذرنیوند، حسین (1404). مدل‌سازی تولید آب زیست‌بوم مراتع حوزه آبخیز دریان سمنان با استفاده از نرم‌افزار InVEST. مرتع، ۱۹ (۱)، 31-14. doi: 20.1001.1.20080891.1404.19.1.2.5
عرفانی، ملیحه، جورابیان شوشتری، شریف، اردکانی، طاهره و جهانی شکیب، فاطمه (1402). مدلسازی گرادیان مکانی خدمت اکوسیستمی تولید آب با ‏InVEST‏ در‎ ‎زیرحوزه‌های شمالی استان کرمان. مدیریت آب و آبیاری، 13(1): 81-63.doi: 10.22059/jwim.2023.349742.1024
قابل‌نظام، ائلناز، مصطفی‌زاده، رئوف، اسمعلی‌عوری، اباذر و حزباوی، زینب (1401). اهمیت خدمات اکوسیستم آبخیز با تاکید بر نقش تولید رواناب و کاهش فرسایش. انسان و محیط‌ زیست، 3(20): 155-137.
گلشن، محمد، اسمعلی عوری، اباذر و خسروی، خه‌بات (1397). ارزیابی حساسیت به سیل حوضه آبخیز تالار با استفاده از مدل نسبت فراوانی احتمالاتی. مخاطرات محیط طبیعی، 7(15): 16-1. doi: 10.22111/jneh.2017.3120
مصطفی‌زاده، رئوف، علائی، نازیلا و کاتب، فاطمه (1403). تعیین تغییرات بیلان آب و انرژی در مقیاس‌های مختلف زمانی با استفاده از منحنی بودیکو در آبخیز نیر، اردبیل. پژوهش های آبخیزداری، 37(2), 39-54. doi: 10.22092/wmrj.2023.362093.1538
یار احمدی، جلال و رحیمی خوب، علی (1393). اصلاح معادله هارگریوز با جایگزینی دمای سطح زمین بجای دمای هوا برای برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 21(6): 245-239. doi: 20.1001.1.23222069.1393.21.6.13.8
 
 
Refrences
Asadolahi, Z. and Keshtkar, M. (2024). Assessing the Spatial Supply-Demand Balance of Hydrological Ecosystem Services in Iran's Semi-Arid Watersheds (Case Study: Karkheh Watershed). Iran-Water Resources Research, 20(3), 1-17. doi:10.22034/iwrr.2024.459671.2760 [In Persian]
Bai, Y., Ochuodho, T.O., Yang, J. 2019. Impact of Land Use and Climate Change On Water-Related Ecosystem Services in Kentucky, USA. Ecological Indicators, 102: 51-64. doi:10.1016/j.ecolind.2019.01.079
Belete, M., Deng, J., Wang, K., Zhou, M., Zhu, E., Shifaw, E., & Bayissa, Y. (2020). Evaluation of satellite rainfall products for modeling water yield over the source region of Blue Nile Basin. Science of the total environment, 708, 134834.
Bosch, J.M., Hewlett, J.D. 1982. A Review of Catchment Experiments to Determine the Effect of Vegetation Changes On Water Yield and Evapotranspiration. Journal of Hydrology, 55, 3-23. doi:10.1016/0022-1694(82)90117-2
Chen, X., Lin, S., Tian, J., Wang, Y., Ye, Y., Dong, S., ... & Zhu, L. (2024). Simulation study on water yield service flow based on the InVEST-Geoda-Gephi network: A case study on Wuyi Mountains, China. Ecological Indicators, 159, 111694. doi: 10.1016/j.ecolind.2024.111694
Costanza, R., d'Arge, R., De Groot, R., Faber, S., Grasso, M., Hannon, B., Limburg, K., Naeem, Sh., O'Neill, R.V., Paruelo, J., Raskin, R.G., Van Den Belt, M., Sutton, P., 1997. The Value of the World's Ecosystem Services and Natural Capital. Nature, 387(6630), 253-260. doi: 10.1038/387253a0
El Jeitany, J., Pacetti, T., & Caporali, E. (2024). Evaluating climate change effects on hydrological functionality and water‐related ecosystem services. Ecohydrology, 17(4), e2557. doi: 10.1002/eco.2557
Erfani, M., Joorabian shooshtari, S. , Ardakani, T. and Jahanishakib, F. (2023). Spatial gradient modeling of water yield service using InVEST in northern sub-basins of ‎Kerman province. Water and Irrigation Management, 13(1), 63-81. doi: 10.22059/jwim.2023.349742.1024 [In Persian]
Fan, M., & Shibata, H. (2014). Spatial and temporal analysis of hydrological provision ecosystem services for watershed conservation planning of water resources. Water resources management, 28, 3619-3636. doi: 10.1007/s11269-014-0691-2
Fiener, P., Auerswald, K., & Van Oost, K. (2011). Spatio-temporal patterns in land use and management affecting surface runoff response of agricultural catchments- A review. Earth-Science Reviews, 106(1-2), 92-104. Doi:10.1016/j.earscirev.2011.01.004
Foley, J. A., Asner, G. P., Costa, M. H., Coe, M. T., DeFries, R., Gibbs, H. K., ... & Snyder, P. (2007). Amazonia revealed: forest degradation and loss of ecosystem goods and services in the Amazon Basin. Frontiers in Ecology and the Environment, 5(1), 25-32. doi: 10.1890/1540-9295(2007)5[25:ARFDAL]2.0.CO;2
Gao, Z., Ju, X., Ding, J., Wang, Y., Shen, N., Zhang, X., & Li, M. (2025). Understanding water yield dynamics and drivers in the yellow river basin past trends, mechanisms, and future projections. Journal of Cleaner Production, 505, 145441 doi:10.1016/j.jclepro.2025.145441
Ghabelnezam, E., Mostafazadeh, R., Esmali Ouri, A., & Hazbavi, Z. (2022). The importance of watershed ecosystem services with emphasis on runoff yield and erosion control. Human and Environment, 62, 137-155. [In Persian]
Golshan, M. , Esmali Ouri, A. and Khosravi, K. (2018). Flood Susceptibility assessments Using Frequency Ratio model in Talar Watershed. Journal of Natural Environmental Hazards, 7(15), 1-16. doi: 10.22111/jneh.2017.3120 [In Persian]
Güneralp, B., Xu, X., & Lin, W. (2021). Infrastructure development with (out) ecological conservation: the Northern Forests in İstanbul. Regional Environmental Change, 21(3), 86. doi:10.1007/s10113-021-01807-w
Haghdadi, M. , Heshmati, G. A. and Azimi, M. S. (2018). Assessment of Water yield service on the basis of InVEST tool (case study: Delichai watershed). Journal of Water and Soil Conservation, 25(4), 275-290. doi: 10.22069/jwsc.2018.13352.2800 [In Persian]
Hamdi Ahmadabad, Y. , Liaghat, A. , Rasoulzadeh, A. and ghaderpour, R. (2019). Investigation of in the Capita Water Consumption Variation in Iran Based on the Past Two-Deca Diet. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(1), 77-87. doi: 10.22059/ijswr.2018.246084.667795 [In Persian]
Jafarzadeh, A.A., Mahdavi, A., FallahShamsi, R., Yousefpour, R., 2019. Annual Water Yield Estimation for Different Land Uses by GIS-Based InVEST Model (Case Study: Mish-khas Catchment, Ilam Province, Iran). Journal of Rangeland Science, 9(1), 1-12.
Jahandari, J. , Hejazi, R. , Jozi, S. A. and Moradi, A. (2022). Impacts of urban expansion on spatio-temporal patterns of carbon storage ecosystem service in Bandar Abbas Watershed using InVEST software. Water and Soil Management and Modelling, 2(4), 91-106. doi: 10.22098/mmws.2022.11069.1097
Khoshkhoo, Y. and Nikmehr, S. (2021). Application of Land Surface Temperature Extracted from Satellite Images for Zoning Reference Evapotranspiration. Environment and Water Engineering, 7(4), 708-722. doi: 10.22034/jewe.2021.293156.1591 [In Persian]
Lang, Y., Song, W., Zhang, Y., 2017. Responses of the Water-Yield Ecosystem Service to Climate and Land Use Change in Sancha River Basin, China. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C,101, 102-111. doi:10.1016/j.pce.2017.06.003
Lian, X.H., Qi, Y., Wang, H.W., Zhang, J.L., Yang, R., 2020. Assessing Changes of Water Yield in Qinghai Lake Watershed of China. Water, 12 (1), 11.doi: 10.3390/w12010011
Millennium Ecosystem Assessment., Ecosystems and Human Well-being: Synthesis, 2005. Island Press, Washington, DC.
Mostafazadeh, R., Alaei, N. and Kateb, F. (2024). Determining Changes in Water and Energy Balance in Different Time Scales Using Budyko Curve in the Nir Watershed, Ardabil. Watershed Management Research, 37(2), 39-54. doi: 10.22092/wmrj.2023.362093.1538
DNRWM Mazandaran. 2001. Comprehensive detailed-executive study of watershed management in the Talar watershed. Department of Natural Resources and Watershed Management of Mazandaran Province [In Persian].
Nelson, E., Mendoza, G., Regetz, J., Polasky, S., Tallis, H., Cameron, D., ... & Shaw, M. (2009). Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales. Frontiers in Ecology and the Environment, 7(1), 4-11. doi:10.1890/080023
Perry, T., Nawaz, R., 2008. An Investigation into The Extent and Impacts of Hard Surfacing of Domestic Gardens in an Area of Leeds, United Kingdom. Landscape and Urban Planning, 86 (1), 1-13. doi: 10.1016/j.landurbplan.2007.12.004
Petsch, D. K., Cionek, V. D. M., Thomaz, S. M., & Dos Santos, N. C. L. (2023). Ecosystem services provided by river-floodplain ecosystems. Hydrobiologia, 850(12), 2563-2584. doi: 10.1007/s10750-022-04916-7
Sharp, R., Tallis, H.T., Ricketts, T., Guerry, A.D., Wood, S.A., Chaplin-Kramer, R., Nelson, E., Ennaanay, D., Wolny, S., Olwero, N., Vigerstol, K., Pennington, D., Mendoza, G., Aukema, J., Foster, J., Forrest, J., Cameron, D., Arkema, K., Lonsdorf, E., Kennedy, C., Verutes, G., Kim, C.K., Guannel, G., Papenfus, M., Toft, J., Marsik, M., Bernhardt, J., Griffin, R., Glowinski, K., Chaumont, N., Perelman, A., Lacayo, M. Mandle, L., Hamel, P., Vogl, A.L., Rogers, L., Bierbower, W., Denu, D., Douglass, J., InVEST 3.5.0 User’s Guide, 2018. The Natural Capital Project, Stanford University, University of Minnesota, The Nature Conservancy, and World Wildlife Fund.
Taheri Mohammad Abadi N, Zare Chahouki M, Azarnivand H. (2025). Ecosystem Water Production Modeling of Rangeland in the Daryan Watershed, Semnan, Using InVEST Software. Journal of Rangeland, 19(1):14-31. doi: 20.1001.1.20080891.1404.19.1.2.5 [In Persian]
Talebi Khiavi, H., & Mostafazadeh, R. (2021). Land use change dynamics assessment in the Khiavchai region, the hillside of Sabalan mountainous area. Arabian Journal of Geosciences, 14, 1-15. doi: 10.1007/s12517-021-08690-z
Talebi Khiavi, H., Mostafazadeh, R., Asaadi, M. A., & Asbaghian Namini, S. K. (2022). Temporal land use change and its economic values under competing driving forces in a diverse land use configuration. Arabian Journal of Geosciences, 15(20), 1597. doi: 10.1007/s12517-022-10890-0
Tang, Z., Engel, B.A., Pijanowski, B.C., Lim, K.J., 2005. Forecasting Land Use Change and Its Environmental Impact at A Watershed Scale. Journal of Environmental Management, 76 (1), 35-45. doi: 10.1016/j.jenvman.2005.01.006
Van Den Bergh, T., Körner, C., Hiltbrunner, E., 2018. Alnus Shrub Expansion Increases Evapotranspiration in The Swiss Alps. Regional Environmental Change, 18 (5), 1375-1385. doi: 10.1007/s10113-017-1246-x
Van der Biest, K., Vrebos, D., Staes, J., Boerema, A., Bodí, M.B., Fransen, E., Meire, P., 2015. Evaluation of the Accuracy of Land-Use Based Ecosystem Service Assessments for Different Thematic Resolutions. Journal of environmental management, 156, 41-51. doi: 10.1016/j.jenvman.2015.03.018
Wang, S., Cai, T., Wen, Q., Yin, C., Han, J., & Zhang, Z. (2024). Spatiotemporal Dynamics of Ecosystem Water Yield Services and Responses to Future Land Use Scenarios in Henan Province, China. Water, 16(17), 2544. doi: 10.3390/w16172544
Yarahmadi, J. and Rahimikhoob, A. (2015). Adjustment of Hargreaves equation by replacing land surface temperature instead of air temperature for estimating reference crop evapotranspiration. Journal of Water and Soil Conservation, 21(6), 239-254. doi: 20.1001.1.23222069.1393.21.6.13.8 [In Persian]
Zabihi, M., Moradi, H., Gholamalifard, M., Khaledi Darvishan, A., & Fürst, C. (2020). Landscape management through change processes monitoring in Iran. Sustainability, 12(5), 1753. doi: 10.3390/su12051753
Zare, M., Samani, A.A.N., Mohammady, M., 2016. The Impact of Land Use Change On Runoff Generation in an Urbanizing Watershed in The North of Iran. Environmental Earth Sciences, 75 (18), 1279. doi: 10.1007/s12665-016-6058-7.
Zhang, X., Zhang, G., Long, X., Zhang, Q., Liu, D., Wu, H., & Li, S. (2021). Identifying the drivers of water yield ecosystem service: A case study in the Yangtze River Basin, China. Ecological Indicators, 132, 108304. doi: 10.1016/j.ecolind.2021.108304