Authors
1 MSc Student of Water Resources Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 اصفهان- نجف آباد- خیابان شیخ بهایی جنوبی- کوی شهید سلطانی- کوی آشنا- بن بست میر- پلاک 15
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University
4 PhD of Hydrology and Water Resources, Regional Water Company of Chaharmahal and Bakhtiari
Abstract
Keywords
مقدمه
تغییراقلیم بخشهای مختلف چرخه هیدرولوژی و به تبع آن زندگی بشر را متأثر میسازد. مثلا ًبا تأثیر بر منابع آب، سبب تغییر در بخش کشاورزی میشود و بدینسان در بخش غذا، اقتصاد و حتی سیاست آثارش دیده میشود. اما بیشک تاثیر منفی پدیده تغییراقلیم بر چرخه هیدرولوژیکی و به دنبال آن سامانههای منابع آب، این پدیده را به یکی از تهدیدات جدی بشر در قرن 21 تبدیل کرده است (مساح بوانی و آشفته 2008). گرم شدن زمین و تاثیر آن بر چرخه آب موضوعی است که امروزه اغلب دانشمندان علوم جوی بر روی آن اتفاق نظر دارند. مطالعات نشان داده است که افزایش 2 درجه سانتیگرادی
دما منجر به کاهش 5 تا 12 درصدی جریانها میشود، همچنین تغییرات 10 درصدی میزان نزولات جوی منجر به تغییرات 15 تا 25 درصدی جریان رودها میشود (ژانگ و همکاران 2009). چرخه هیدرولوژیکی و رواناب خروجی یک حوضه تحت تاثیر عوامل مهمی چون پارامترهای اقلیمی، خصوصیات فیزیکی حوضه و فعالیتهای بشری میباشد. مشکلات ناشی از کمبود آب و بلایای طبیعی مرتبط با آن، مطالعه اثرات تغییراقلیم بر رواناب را ضروری میسازد. راف و همکاران (2010) به بررسی اثرات تغییراقلیم بر فرکانس سیل در چهار حوضه با شرایط جغرافیایی مختلف پرداختند. آنها در این مطالعه حداکثر جریان سالانه را توسط مدل بارش- رواناب بدست آوردند. نتایج نشان داد که برای همه حوضهها، تغییراقلیم منجر به افزایش در پتانسیل حداکثر جریان سالانه میشود. چانگ و جانگ (2010) به برآورد رواناب و عدمقطعیت آن در 218 زیرحوضه در ایالت اورگان پرداختند. نتایج نشان داد که تغییرات فصلی رواناب در جریان زمستانه به صورت افزایشی و در جریان تابستانه کاهشی است و رواناب نیز ممکن است در آینده از نظر زمانی و مکانی دچار تغییر شود که مقدار و جهت آن به خصوصیات زیرحوضهها بستگی دارد. گوش و داتا (2012) به ارزیابی اثرات تغییراقلیم بر خصوصیات سیل در حوضه رودخانه براهماپوترا پرداختند. تحلیل سری زمانی جریان شبیهسازی شده نشان داد که افزایش قابل توجهی در میزان دبی اوج جریان و مدت زمان آن در آینده انتظارمیرود. همچنین در این مطالعه مخربترین سیل طراحی تحت سناریوهای تغییراقلیم پیشبینی شد. تنگ و همکاران (2012) به مقایسه عدمقطعیت 15 مدل گردش عمومی جو و 5 مدل بارش- رواناب در نتیجه حاصل از تأثیر تغییراقلیم بر رواناب در کشور استرالیا پرداختند. بیشتر نتایج بدست آمده حاکی از کاهش قابلتوجه حجم رواناب در جنوبیترین بخش منطقه میباشد. همچنین نتایج این بررسی حاکی از بزرگتر بودن عدمقطعیت ناشی از مدلهای گردش عمومی از عدمقطعیت مدلهای بارش- رواناب بود. لی و همکاران (2014) اثرات تغییراقلیم بر رواناب را در منطقهای واقع در جنوب شرقی فلات تبت مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده نشان داد که هر دو مدل GR4[1] و SIMHYD[2] در همه رودخانههای مورد مطالعه، افزایش رواناب را در دورههای آتی پیشبینی کردند. احدی و همکاران (2016) اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب در ایران را با استفاده از روشهای پویایی سیستمها ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که تغییرات دما و بارش به ترتیب در محدوده 6± درجه سلسیوس و 60± درصد بوده است و با افزایش دما، تبخیر افزایش و رواناب کاهش مییابد. فن و همکاران (2020) اثر تغییراقلیم را بر تغییرات میزان رواناب و به تبع آن تغییرات تولید انرژی برقابی در چین بررسی کردند. نتایج نشان داد که انرژی برقابی نسبت به تغییرات آب و هوایی بسیار حساس و آسیبپذیر میباشد، بهطوریکه تا سال 2100 تحت سناریوی RCP4.5[3] به میزان 49/67 میلیارد کیلووات ساعت و تحت سناریوی RCP8.5 به میزان 29/153 میلیارد کیلووات ساعت در مقایسه با سال 2011 کاهش خواهد یافت. گلت و همکاران (2020) اثرات تغییراقلیم را بر بارش، دما، رواناب و رسوب در حوضه رودخانه نیل مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که میزان دما و بار رسوب در آینده افزایش خواهد یافت، در حالیکه مقادیر بارش و رواناب کاهش خواهند یافت. رونچاک و همکاران (2019) اثرات تغییراقلیم را بر رژیم هیدرولوژیکی و رواناب در چند حوضه منتخب کشور اسلواکی مورد بررسی قرار دادند. آنها تغییرات بارش، دمای هوا و تبخیر- تعرق را در دهههای آینده بر اساس خروجیهای مدلهای تغییراقلیم منطقهای KNMI[4] و MPI[5] و سناریوی انتشار A1B پیشبینی کردند. سپس بر اساس مقادیر مذکور میزان رواناب را با مدل توزیعی WetSpa[6] در مقیاس روزانه تا سال 2100 شبیهسازی کردند. نتایج حاکی از افزایش میزان رواناب در ماههای زمستان و کاهش رواناب در ماههای پاییز و تابستان در آینده بود. آشفته و مساح (2009) به بررسی اثرات تغییراقلیم بر رژیم سیلاب در دوره 2069-2040 با در نظر گرفتن عدمقطعیت مربوط به مدلهای گردش عمومی در حوضه آیدوغموش واقع در استان آذربایجان شرقی پرداختند. در این مطالعه پس ازآمادهسازی دادههای هواشناسی (دما و بارش) در دوره آتی، تابع توزیع احتمالی این دادهها برای دوره آتی به وسیله وزندهی مدلهای گردش عمومی با استفاده از روش MOTP[7] تولید گردید و با استفاده از روش مونتکارلو تعداد 2000 سری نمونه از توزیع احتمالی دما و بارش کوچک مقیاس شده به مدل بارش- رواناب معرفی شد و تعداد 2000 سری رواناب روزانه شبیهسازی شد. کمال و مساح بوانی (2010) به بررسی اثرات تغییراقلیم بر رواناب حوضه قرهسو با دخالت عدمقطعیت دو مدل هیدرولوژیکی IHACRES[8] و SYMHYD پرداختند. بدین منظور، در ابتدا نوسانات و مقادیر متوسط متغیرهای دما و بارش HADCM3[9] تحت سناریو A2 و روش ریزمقیاسنمایی آماری مورد شبیهسازی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که محدوده عدمقطعیت مربوط به نوسانات اقلیمی در ماههای مختلف سال بین 5/0 تا 2 درجه سانتیگراد برای دما و 10- تا 20 میلیمتر برای بارش میباشد. همچنین نتایج نشان داد که دو مدل در شبیهسازی تغییرات رواناب در دوره آتی هماهنگی دارند، بهگونهای که هر دو مدل کاهش رواناب را برای فصل پاییز و افزایش رواناب را برای فصلهای دیگر تخمین زدند. به طور کلی، نتایج این مطالعه حاکی از این بود که عدمقطعیت مدلهای هیدرولوژیکی تأثیر قابل توجهی، نسبت به نوسانات اقلیمی در برآورد رواناب یک حوضه تحت تأثیر تغییراقلیم دارد. ذهبیون و همکاران (2012) به بررسی مدل SWAT[10] در جهت تخمین رواناب حوضه آبریز قرهسو در دوره آتی تحت تغییراقلیم با استفاده از مدل HadCM3 پرداختند. به این منظور آنها ابتدا مدل SWAT را برای دوره پایه 2000-1971 مورد واسنجی و اعتبارسنجی قرار دادند. نهایتاً نتایج حاکی از تغییر رواناب منطقه در این دوره بین 90 تا 120 درصد در ماههای مختلف بود. منصوری و همکاران (2018) در مطالعهای اثر تغییراقلیم بر رواناب ورودی به مخزن سد کارون 4 را بر اساس گزارشات چهارم و پنجم IPCC[11] بررسی کردند. نتایج این مطالعه حاکی از افزایش رواناب تحت دو سناریوی B1 و RCP2.6 و همچنین کاهش رواناب تحت دو سناریوی A2 و RCP8.5 بود.
در این پژوهش، با توجه به اهمیت موضوع تغییراقلیم به بررسی تاثیر تغییراقلیم بر رواناب حوضه رود زرد با رویکرد احتمالاتی و تحلیل عدمقطعیت ناشی از مدلهای گردش عمومی جو پرداخته شده است. قابل ذکر است که سد جره در خروجی حوضه مورد مطالعه قرار دارد و لذا بررسی تغییر رواناب ورودی به مخزن سد تحت تاثیر تغییراقلیم به منظور برنامهریزی منابع آب و سازگاری با آثار احتمالی و منفی این پدیده باعث افزایش اهمیت این مطالعه شده است. در این پژوهش، از 3 مدل GCM[12] برای شبیهسازی اثرات تغییراقلیم و همچنین از مدل IHACRES برای شبیهسازی بارش- رواناب و جریان ورودی به مخزن سد استفاده شده است. روش ترکیبی ضریب تغییرات[13] (CF) و مدل تولید دادههای تصادفی اقلیمی[14]LARS-WG به عنوان یک روش ترکیبی برای ریزمقیاسنمایی بکار گرفته شده است. همچنین روش MOTP برای وزندهی به مدلهای GCM حاصل از گزارش پنجم IPCC و اعمال سناریوهای احتمالاتی برای تحلیل عدمقطعیت ناشی از مدلهای گردش عمومی جو بر رواناب ورودی به مخزن سد جره تحت سناریوهای RCP8.5 و RCP4.5 استفاده گردید.
[1] Génie Rural a` 4 paramètres Journalier (in French )
[2] Simple hydrology
[3] Representative concentration pathways (RCPs)
[4] Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut
[5] Max-Planck-Institute
[6] Water and energy transfer between soil, plants and atmosphere
[7] Mean observed temperature precipitation
[8] Identification of unit hydrographs and component flow from rainfall, evaporation and streamflow data
[9] Hadley coupled atmosphere-ocean general circulation model
[10] Soil and water assessment tool
[11] Intergovernmental panel on climate change
[12] General circulation models
[13] Change factor
[14] Long Ashton Research Station Weather Generator