بررسی اثر سناریوهای تغییر آب و هوا بر مقدار آبدهی ماهانه جریان در خروجی سد گلورد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

10.22069/jwsc.2020.17535.3304

چکیده

سابقه و هدف: در سال‌های اخیر مدل‌های هیدرولوژیکی مانند مدل SWAT به‌عنوان ابزاری برای شناخت فعالیت‌های طبیعی و انسانی موثر بر سیستم هیدرولوژی حوضه و مدیریت و برنامه‌ریزی آنها، به‌طور گسترده توسط مدیران و هیدرولوژیست‌ها به‌کار گرفته شد. با توجه به اینکه دشت‌های شرق مازندران، تنها منطقه ممنوعه برداشت آب زیرزمینی در شمال کشور است، بنابراین با پیش‌بینی دقیق جریان ورودی به سد گلورد برای دوره‌های آتی می‌توان برنامه‌ریزی دقیقی برای تامین منابع آبی پایین‌دست داشت و تقاضا برای آب و توسعه کشاورزی را مدیریت نمود. لذا هدف این پژوهش بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر نوسانات دبی جریان سد گلورد در شرق استان مازندران است.
مواد و رو‌ش‌ها: در این پژوهش از دو مدل HadGEM2 و EC-Earth، برای تولید داده‌های دمای کمینه و بیشینه و بارش در دوره‌ 2021-۲۰40 از ترکیب داده‌های ایستگاه برما و داده‌های جهانی در محل سد گلورد استفاده شد. جهت ریزمقیاس نمودن این داده‌ها مدل LARS-WG6 بکار گرفته شد. همچنین برای بررسی روند پارامترهای اقلیمی از آزمون من-کندال و شیب سن استفاده شده است. سپس اطلاعات به مدل SWAT که با استفاده از داده‌ها و اطلاعات محلی واسنجی (از سال 1984 تا 2010 برای واسنجی و 2011 تا 2014 برای صحت‌سنجی) شده بود، وارد شده و تغییرات رواناب نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. دقت مدل SWAT در شبیه‌سازی جریان خروجی به کمک نمایه‌های ارزیابی بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که پدیده تغییر اقلیم تبعات منفی بر منطقه‌ی سد گلورد دارد که باعث افزایش کمینه و بیشینه دما به‌ترتیب به مقدار 40/1 و 40/2 درجه سانتی‌گراد می‌شود. مدل SWAT زمان وقوع دبی اوج و مقادیر دبی اوج را به‌طور مناسبی شبیه‌سازی کرده است به‌طوری‌که با زمان رخداد بارندگی شدید مطابقت دارد. مقایسه اثرات بارش و دمای کمینه و بیشینه بر جریان خروجی، حاکی از تاثیرات بیشتر دما نسبت به بارش بر جریان خروجی است، به‌طوری که در دوره پایه، کمینه دما برابر 41/1 و بیشینه دما برابر 34/2 بوده ‌است. همچنین تغییرات دبی‌های متوسط ماهانه در سناریوهای RCP4.5 (01/0-) و RCP8.5 (11/0-) نسبت به دبی‌های مشاهداتی (16/0-) کمتر است و در ماه‌های گرم سال، دبی خروجی کاهش یافته ‌است. با بررسی درصد اختلاف بیشینه و کمینه دما و بارندگی تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 در مقایسه با دوره پایه مشخص شد که افزایش دما، بیشتر باعث کاهش دبی خروجی در دوره آینده شده است. به‌طوری که اثر تغییر اقلیم بر فرایند بارش-رواناب باعث کاهش 13 درصدی منابع آبی سد گلورد شد. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که ضریب تبخیر خاک، متوسط طول (شیب)، متوسط دمای هوا برای بارش برف (درجه سلسیوس) و شماره منحنی در شرایط رطوبتی، بیشترین تاثیر را روی دبی خروجی داشته است.
نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست‌آمده صرف‌نظر از جهت تغییرات هر یک از مولفه‌ها، دلالت بر اهمیت الگوی زمانی تغییرات در طول سال دارد که نقش موثری در مدیریت منابع آب حوضه دارا است. نتایج پژوهش حاضر ضمن بیان اهمیت اثرات بالقوه تغییر اقلیم در وضعیت هیدرولوژی حوضه، لزوم توجه به بحث تغییر اقلیم و پیامدهای آن را در مدیریت منابع آب سد گلورد متذکر می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation the effect of climate change scenarios on the monthly flow discharge at the outlet of Gelevard Dam

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Khoshravesh 1
  • Reza Norooz Valashedi 2
1 Associate Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Assistant Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
چکیده [English]

Background and Objectives: In recent years, hydrological models such as the SWAT model have been widely used by managers and hydrologists as a tool to identify natural and human activities affecting the basin hydrological system and their management and planning. As the eastern plains of Mazandaran is the only forbidden groundwater harvesting area in the north of the country, thus, with accurate prediction of inflow to the Gelevard dam for future periods, can provide accurate planning for downstream water supplies and manage demand for water and agricultural development. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of climate change on the fluctuations of the flow discharge of Gelevard Dam in the east of Mazandaran province.
Materials and Methods: In this study, HadGEM2 and EC-Earth models were used to produce the minimum and maximum temperature and precipitation data for the period of 2021-4040 using a combination of Berma station data and global data at the Gelevard Dam. The LARS-WG6 model was used to fine-tune this data. Also, the Mann-Kendall and Sen Gradient tests were used to study the trend of climate parameters. Then, the data were entered to the SWAT model which was calibrated using local data and information (from 1984 to 2010 for calibration and 2011 to 2014 for validation) and the runoff changes were evaluated. The accuracy of the SWAT model in simulation of the output current was evaluated using evaluation indexes.
Results: The results showed that the climate change had negative effects on the climate of the Gelevard dam area which increased the minimum and maximum temperatures by 1.40 and 2.40 °C, respectively. The SWAT model appropriately simulated the time of peak discharge and the peak discharge values so that it corresponds to the time of high rainfall event. Comparison of the effects of precipitation and the minimum and maximum temperatures on the outflow indicates that the effects of temperature are more than the precipitation, so that in the basic period, the minimum temperature is equal to 1.41 and the maximum temperature is 2.34. Also, the changes of monthly mean discharges in RCP4.5 (-0.01) and RCP8.5 (-0.11) scenarios are lower than the observed discharges (-0.16) and the output discharge is reduced in the hot months of the year. With investigation of the percentage of difference between maximum and minimum temperature and rainfall under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios compared to the base period found that increasing of temperature caused more reduction in outflow rate in the future period. So that the effect of climate change on rainfall-runoff process reduced the water resources of Gelevard dam by 13%. The results of sensitivity analysis showed that soil evaporation coefficient, average length (slope), mean air temperature for snowfall (degree Celsius) and curve number in moisture conditions had the most effect on the output discharge.
Conclusion: The results, irrespective of the changes in each component, indicate the importance of the temporal pattern of changes throughout the year which has an important role in the water resources management of the basin. The results of the present study, emphasize the importance of potential effects of climate change at basin hydrology status, highlights the climate change and implications in the management of water resources in the Gelevard Dam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate Change
  • water resources
  • LARS-WG6
  • SWAT
  • Sensitivity analysis