تاثیر تغییر اقلیم و بندهای گابیونی بر میزان رسوب خروجی از حوضه، مطالعه موردی: دهبار

مقدمه پیش­ بینی تغییرات فرایندهای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز، ناشی از پدیده تغییر اقلیم و پیامدهای احتمالی آن، کمک موثری به رفع چالش­ های فراروی مدیران و برنامه­ ریزان منابع آب در دوره های آتی می­ کند. اثرات پدیده تغییر اقلیم و بندهای گابیونی به صورت همزمان، بر مقدار رسوب خارج شده حوضه دهبار تا کنون بررسی نشده است. لذا، بررسی آن با چشم ­انداز ۳۰ سال آینده و با استفاده از مدل­ های SWAT و LARS-WG و ارزیابی توانایی این دو مدل در شبیه سازی تغییر اقلیم و حذف بندهای گابیونی، هدف اصلی این پژوهش است. مواد و روش­ ها در این پژوهش، عملکرد بندهای گابیونی به صورت مخزن در حوضه دهبار در ۱۰ کیلومتری غرب مشهد و در جنوب شهر طرقبه که دارای اقلیم نیمه خشک سرد است، نسبت به میزان رسوب خروجی از حوضه برای ۳۰ سال آینده با کمک مدل آماری LARS-WG و مدل شبیه ساز هیدرولوژیکی SWAT، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این حوضه، پنج بند گابیونی وجود دارد. برای پیش ­بینی متغیرهای هواشناسی دوره آتی در سطح حوزه آبخیز دهبار، پس از واسنجی مدل LARS-WG از مدل HadGEM۲ و سه سناریوی RCP۸.۵، RCP۴.۵ و RCP۲.۶ برای ریزمقیاس ­سازی داده ­های هواشناسی در دوره ۲۰۵۰-۲۰۲۰ استفاده شد. برای بررسی عملکرد نتایج شبیه­ سازی در این مدل، از آزمون های آماری کولموگروف اسمیرنوف (K-S)، t و F استفاده شد. برای آماده ­سازی و اجرای مدل SWAT، از نقشه و اطلاعات مدل رقومی ارتفاع، خاک، کاربری اراضی، داده ­های هیدرولوژیک و هواشناسی و از مخزن، برای معرفی بندهای گابیونی به مدل استفاده شد. به ­منظور تحلیل حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، از الگوریتم نیمه خودکار SUFI-۲ استفاده شد. نتایج و بحث مقادیر میانگین بارش شبیه ­سازی شده، انطباق خوبی با مقادیر مشاهداتی داشتند و بیشترین اختلاف مربوط به ماه­ های فوریه و آوریل بود. در خصوص مقادیر انحراف معیار بارش ­های ماهانه نیز بیشترین اختلاف به ماه­ های فوریه و مارس تعلق داشت. میانگین دمای کمینه شبیه ­سازی شده نیز تطابق خیلی خوبی با مقادیر مشاهداتی داشت. همچنین، برای دمای بیشینه نیز روندی مشابه دمای کمینه دیده شد. همچنین، مقادیر p-value حاصل از آزمون t برای متغیرهای فوق الذکر هیچ اختلاف معنی­داری بین میانگین داده­ های دما و بارش تولید شده و داده ­های مشاهداتی وجود نداشت و مدل LARS-WG به خوبی توانست میانگین­ های دما و بارش را شبیه­ سازی کند. بارش ماهانه در تمامی سناریوها (RCP۸.۵، RCP۴.۵ و RCP۲.۶) در افق ۲۰۵۰ در هفت ماه ابتدای سال، کمتر از میزان بارش ماهانه در دوره پایه نشان داد ولی برای پنج ماه دوم سال، افزایش بارش مشاهده ­شد. همچنین، در افق ۲۰۵۰ دما به طور متوسط نسبت به دوره پایه افزایش یافت. برای ترسیم منحنی سنجه رسوب از روش متوسط دسته ­ها با ضریب FAO اصلاح شده استفاده شد. مقدار رسوب مشاهده­ای ۲.۱۴ تن در هکتار در سال، برای هر هکتار محاسبه شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، در ابتدا با استفاده از نرم افزار  CUP_ SWAT پارامترهایی که تاثیر بیشتری بر دبی و رسوب خروجی از حوضه داشتند، مشخص شدند. به­ منظور تحلیل حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، از الگوریتم نیمه خودکار SUFI-۲ استفاده شد. پس از آن، با استفاده از مدل واسنجی و اعتبارسنجی شده SWAT، اثرات تغییر اقلیم بر میزان رواناب و رسوب حوضه بررسی شد. نتایج نشان­ دهنده کاهش بارندگی، افزایش دما و کاهش رواناب در افق ۲۰۵۰ است. تغییرات رسوب برای دو سناریوی RCP۴.۵ و RCP۲.۶ به ترتیب، ۹.۳+ و ۳.۱+ درصد و برای سناریوی RCP۸.۵ برابر ۴.۶- درصد است. بندهای گابیونی به طور متوسط، ۵۷.۰۹ درصد خروج رسوب از حوضه را کاهش می­ دهند. نتیجه­ گیری در این پژوهش، اثرات تغییر اقلیم بر رسوب خروجی از حوضه دهبار در دوره ۲۰۲۰ تا ۲۰۵۰ و تاثیر بندهای گابیونی در شرایط موجود (وجود بندها) و در شرایط حذف این بندها مورد بررسی قرار گرفت. در کلیه سناریوها دمای کمینه و دمای بیشینه در دوره ۲۰۵۰-۲۰۲۰ نسبت به دوره پایه افزایش پیدا کرد. از اثرات منفی افزایش دما، ایجاد تغییر در مقادیر و الگوی زمانی-مکانی بارش است. نتایج حاکی از آن است که مدل SWAT قابلیت شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیکی و رسوب در حوزه­ های آبخیز نسبتا کوچک تا متوسط با شرایط پیچیده مانند حوضه دهبار را حتی با محدودیت داده مشاهداتی، با دقتی قابل قبول دارد. افزایش مقدار رسوب در نقطه خروجی حوضه با وجود کاهش بارندگی و رواناب، نشان دهنده بارش­ های کوتاه مدت با شدت زیاد بوده است که باعث افزایش شرایط سیلابی می شود. از تغییرات میزان فرسایش و رسوب در افق ۲۰۵۰ و با سناریوهای متفاوت می­ توان نتیجه گرفت که تغییر اقلیم بر فرسایش حوضه در آینده تاثیرگذار است و مدل­ شبیه ­سازی می­تواند در پیش­ بینی فرسایش ­پذیری کارایی داشته باشد. لذا، نتایج به­ دست آمده از مدل SWAT امکان توصیه کاربرد آن را در منطقه فراهم می­ کند.

Keywords:

بارش , رواناب , شبیه ساز هیدرولوژیک , HadGEM۲ , LARS-WG , SWAT