عنوان

مدلسازی تأثیر تغییر اقلیم بر مؤلفه‌های هیدرولوژیکی حوضه آبریز کشف رود با لحاظ سازه‌های هیدرولیکی

‭۱۶۴۶۹پ‬

per

مدلسازی تأثیر تغییر اقلیم بر مؤلفه‌های هیدرولوژیکی حوضه آبریز کشف رود با لحاظ سازه‌های هیدرولیکی

/امیرحسین آقاخانی افشار

: فنی مهندسی عمران

، ‮‭۱۳۹۵‬

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی عمران-سازه‌های هیدرولیکی

‮‭۱۳۹۵/۰۶/۲۳‬

تبریز

آگاهی از وضعیت منابع آب) شامل آب آبی و آب سبز (و تجزیه و تحلیل توزیع مکانی آنها در مناطق خشک و نیمه خشک جهت برنامه‌صریزی و مدیریت بلند مدت منابع آب از اهمیت ویژه‌صای برخوردار می‌صباشد .در این پژوهش از مدل ‮‭SWAT‬ جهت پیش‌صبینی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب آبی و آب سبز) جریان و ذخیره آب سبز (در بخشی از حوضه آبخیز کشف رود) حد فاصل ‮‭۲۲ ۵۷‬ تا ‮‭۳۱ ۶۱‬ طول شرقی و ‮‭۳۸ ۳۵‬ تا ‮‭۰۷ ۳۷‬ عرض شمالی با مساحت ‮‭۱۶۷۵۱‬ کیلومتر مربع (استفاده شد .شبیه‌صسازی برای دوره زمانی‮‭۱۹۹۲ - ۲۰۱۱‬با در نظر گرفتن ‮‭۳‬ سال گرم کردن مدل انجام شد و روش هارگریوز به عنوان روش مناسب برای تبخیر و تعرق استفاده گردید .دو رویکرد متفاوت جهت ارزیابی عدم قطعیت پارامترهای مدل به کار گرفته شد :الگوریتم ‮‭SUFI۲‬ و جدیدترین الگوریتم مونت کارلوی زنجیره مارکف به نام الگوریتم تکامل تفاضلی تطبیقی متروپولیس .(‮‭(DREAM(ZS)‬ همچنین از این الگوریتم‌صها جهت شناسایی پارامترهای حساس برای مؤلفه‌صهای اصلی هیدرولوژیکی کمک گرفته شد و واسنجی و اعتبارسنجی مدل برای برآورد مناسب مؤلفه‌صهای هیدرولوژیکی با استفاده از الگوریتم‌صهای فوق انجام پذیرفت .نتایج حاصل از واسنجی حاکی از عملکرد بسیار مناسب الگوریتم ‮‭DREAM(ZS)‬ در کاهش عدم قطعیت پارامترها نسبت به الگوریتم ‮‭SUFI۲‬ می‌صباشد .همچنین پارامترهای واسنجی شده توسط الگوریتم‮‭DREAM(ZS)‬ ، به مدل ‮‭SWAT‬ وارد و پارامترهای مورد نظر متعاقبا شبیه‌صسازی شدند .ارزیابی اثرات تغییر اقلیم توسط ‮‭۱۴‬ مدل ریزمقیاس شده از سری گزارشات پنجم هیأت بین الدول تغییر اقلیم ‮‭(CMIP۵)‬ انجام پذیرفت .چهار معیار ارزیابی شامل ناش-ساتکلیف‮‭(NS)‬ ، درصد اریبی‮‭(PBIAS)‬ ، ضریب تبیین ‮‭(R۲)‬ و جذر نسبت استاندارد شده به جذر مجموع مربعات خطاء ‮‭(RSR)‬ به منظور مقایسه داده‌صهای شبیه‌صسازی شده توسط مدل‌صهای اقلیمی با داده‌صهای مشاهداتی جهت انطباق مناسب آنها مورد استفاده قرار گرفت .نهایتا، از بین آنها مدل‮‭ESM - MIROC‬به عنوان مدل برتر در حوضه آبخیز کشف رود انتخاب گردید) ضرایب ناش-ساتکلیف، درصد اریبی، ضریب تبیین و جذر نسبت استاندارد شده به جذر مجموع مربعات خطاء در این مدل به ترتیب برابر‮‭۹۵/۰‬ ،‮‭۸۸/۲‬ -، ‮‭۹۷/۰‬ و ‮‭۳۳/۰‬ حاصل گردید .(براساس بهترین مدل اقلیمی‮‭ESM)- (MIROC‬، اثرات تغییرات اقلیم بر مؤلفه‌صهای هیدرولوژیکی حوضه آبخیز کشف رود شامل آب آبی، جریان آب سبز و ذخیره آب سبز و همچنین تأثیر آن بر سازه‌صهای هیدرولیکی نظیر مخازن سدهای طرق و کارده تحت چهار سناریوی واداشت تابشی‮‭(RCP۲.۶‬ ،‮‭RCP۴.۵‬ ، ‮‭RCP۶.۰‬ و ‮‭RCP۸.۵)‬ و در سه بازه زمانی آینده نزدیک‮‭۲۰۱۴)- (۲۰۴۲‬، آینده میانی‮‭۲۰۴۳) - (۲۰۷۱‬و آینده دور‮‭۲۰۷۲) - (۲۱۰۰‬مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت .نتایج حاصل از ارزیابی تغییرات اقلیم در حوضه مطالعاتی این تحقیق حاکی از آن است که در دوره زمانی گذشته، حوضه از شرایط اقلیمی نامناسبی جهت دسترسی به منابع آب برخوردار بوده است .همچنین، در آینده نزدیک افزایش آب آبی نسبت به دوره گذشته حاکی از بهبود شرایط حوضه می‌صباشد .درحالیکه، در آینده میانی، مقادیر آب آبی و جریان آب سبز نسبت به دوره زمانی آینده نزدیک کاهش و ذخیره آب سبز در سناریوهای مختلف افزایش و کاهش می‌صیابد .که می‌صتوان گفت، منابع آبی در این دوره نسبت به دوره گذشته و آینده نزدیک به ترتیب شرایط مناسب و نامناسبی را تجربه خواهند نمود و نهایتا در آینده دور، مقادیر مؤلفه‌صهای آبی از تغییرات متفاوتی برخوردار می‌صباشند .به طوریکه مقادیر آب آبی به ترتیب نسبت به دوره‌صهای زمانی گذشته، آینده نزدیک و میانی، افزایش، کاهش و افزایش، مقادیر جریان آب سبز به ترتیب کاهش، کاهش و افزایش و مقادیر ذخیره آب سبز نیز در مقایسه با آینده نزدیک و میانی از روند افزایشی و کاهشی نسبتا نزدیکی به یکدیگر برخوردار می‌صباشند .در مجموع می‌صتوان گفت، در آینده دور شرایط حوضه از نظر دسترسی به منابع آبی نسبت به آینده نزدیک و میانی به ترتیب بهتر و بدتر خواهد شد .علت اصلی تغییر در مؤلفه‌صهای منابع آبی در دوره‌صهای زمانی آینده و تحت سناریوهای واداشت تابشی می‌صتواند ناشی از تغییرات درجه حرارت و بارش در دوره‌صهای زمانی آینده با یکدیگر باشد .نتایج حاصل از بررسی منابع آبی در زیرحوضه‌صهای سد طرق و کارده حاکی از وجود شرایط نامناسب آبی در دوره زمانی گذشته و بهبود آن در دوره‌صهای زمانی آینده می-باشد .به طوریکه در مقایسه آینده نزدیک، میانی و دور با دوره زمانی گذشته، مقادیر آب آبی و جریان آب سبز به ترتیب افزایش و کاهش می‌صیابند .از طرفی دیگر، در زیرحوضه سدهای طرق و کارده در آینده میانی نسبت به آینده نزدیک شاهد کاهش منابع آبی و در آینده دور نسبت به آینده نزدیک و میانی و در سناریوهای مختلف شاهد شرایط نسبتا متغیری خواهیم بود .نهایتا، نتایج بررسی مؤلفه‌صهای منابع آبی در حوضه آبخیز کشف رود نشان داد که در آینده نزدیک به ترتیب سناریوهای‮‭RCP۸.۵‬ ،‮‭RCP۲.۶‬ ، ‮‭RCP۶.۰‬ و‮‭RCP۴.۵‬ ، در آینده میانی به ترتیب سناریوهای‮‭RCP۸.۵‬ ،‮‭RCP۶.۰‬ ، ‮‭RCP۲.۶‬ و ‮‭RCP۴.۵‬ و در آینده دور به ترتیب سناریوهای‮‭RCP۸.۵‬ ،‮‭RCP۴.۵‬ ، ‮‭RCP۶.۰‬ و ‮‭RCP۲.۶‬ شبیه‌صسازی مناسبی از شرایط حوضه در تخمین مؤلفه‌صهای منابع آبی را از خود نشان می‌صدهند

Awareness of water resources situation (including Blue Water and Green Water) as well spatial distribution assessment in arid and semi-arid regions is vital for long-term water resources planning and management. In this study, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was used to predict the effects of climate change on blue water and green water (green water flow and storage) components in a part of Kashafrood watershed (16751 km2), north-eastern Iran. The simulation was performed for the period from 1992 to 2011 by considering the first three years as warm-up. The Hargreaves method was used as a convenient method for the calculation of the evapotranspiration. Two different approaches were employed to assess uncertainty prediction of model parameters: a Monte-Carlo based algorithm; SUFI2 and the newest approach of Monte-Carlo markov chain, Differential Evolution Adaptive Metropolis (DREAM(ZS)). These algorithm also helped to identify sensitive parameter for main hydrological components, and therefore final calibration and validation analysis were performed to simulate the hydrological components appropriately. Calibration results revealed the good performance of DREAM(ZS) algorithm in comparison with SUFI2 in order to reduce the parameters uncertainty. Afterward the calibrated parameters obtained from the DREAM(ZS) algorithm, entered to the SWAT model and all water resource components were simulated accordingly. Assessment of climate change inpacts was carried out by fourteen downscaled models evolved from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). four evaluation criteria including Nash-Sutcliffe (NS), Percent of Bias (PBIAS), coefficient of determination (R2) and the ratio of the root mean square error to the standard deviation of measured data (RSR) were used to compared simulated data of these models with observed data and for assessing goodness-of-fit. Finally, among the cited models, MIROC-ESM was selected which indicated more agreement with observed data according to the evaluation criteria (NS, PBAIS, R2 and RSR are equal to 0.95, -2.88, 0.97 and 0.33, respectively). Based on best climate model (MIROC-ESM), climate change effects on hydrological components of kashafrood basin including blue water, green water flow and green water storage and these effects on hydraulic structures such as reservoirs of torogh and kardeh dams were investigated and compared by four Representative Concentration Pathways (RCPs) of new emission scenarios, namely RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 and RCP8.5 under three future periods: near-century (2014-2042), mid-century (2043-2071) and late-century (2072-2100). Results of evaluation the climate changes in this study showed that in the historical period time, the basin was not an appropriate climate conditions for accessing the water resources. Also, in comparison with historical period time, in the near-century, increasing in blue water shows that the conditions of basin will improved. While, compared the mid-century with the near-century show that values of blue water and green water flow will decrease and green water storage in some RCPs will increase or decrease. It should be said that, the water resources in the mid-century compared with historical and near-century have and no have a better conditions and finally in the late-century, values of water components following different variations. So that, in historical period time, near and mid-century: the blue water respectively, increase, decrease and increase, values of green water flow respectively, decrease, decrease and increase and also the values of green water storage in compared with near and mid-century have either increase or decrease trend that relatively close to each other. Overall, in the late-century the conditions of basin in comparison with near and mid-century are better and worse, respectively. The main reason for water components in various future period times under radiative forcing scenarios are variation in temperature and precipitation to each other. Results of this study in subbasin of torogh and kardeh dams show that the conditions of water resources in historical period time were inappropriate and in the future period time will be better. So that, compared historical time with near, mid and late-future time: blue water and green water flow will be increased and decreased. On the other hand, the water resources in subbasin of torogh and kardeh dams in the mid-century in comparison with the near-century will decrease and in the late-century compared with near and mid-century and under different scenarios will be varied. Finally, results of evaluating the water resources components show that in the near-century respectively, RCP8.5, RCP2.6, RCP6.0 and RCP4.5, in the mid-century respectively, RCP8.5, RCP6.0, RCP2.6 and RCP4.5 and also in the late-century respectively, RCP8.5, RCP4.5, RCP6.0 and RCP2.6 will simulate the better conditions of basin to estimate the water components in all parts of kashafrood basin

آقاخانی افشار، امیرحسین

حسن زاده، یوسف، استاد راهنما

بسالت پور، علی اصغر، استاد مشاور

بیلندی، پوررضا، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی