بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

اثرات تغییر اقلیم در مدیریت منابع آب

تأثیر تغییر اقلیم بر شدت و فراوانی سیلاب در دورههاي آتی

مطالعه موردي، حوضه آیدوغموش، آذربایجان شرقی

چکیده:

یکی از اثرات پدیده تغییر اقلیم، تأثیر بر وقایع حدي (سیلاب و خشکسالی) میباشد که در کشورمان کمتر به آن پرداخته شده است. در این تحقیق تلاش شده است تا تأثیر این پدیده بر رژیم سیلاب (شدت و فراوانی) حوضه آیدوغموش در دوره 2040-2069 میلادي (2050s) مورد بررسی قرار گیرد. در ابتدا مقادیر دما و بارندگی ماهانه مدل HadCM3 تحت سناریوي A2 براي منطقه مورد مطالعه تهیه گردید.

سپس بوسیله روش کوچک مقیاس کردن مکانی تناسبی (Proportional Downscaling) و روش کوچک مقیاس کردن زمانی عامل فاکتور (Change Factor) این دادهها براي منطقه طرح کوچک مقیاس شدند.

نتایج نشان از افزایش دما و تغییرات در بارندگی دوره 2050s نسبت به دوره مشاهداتی منطقه دارد. مدل نیمه مفهومی IHACRES (Semi-Conceptual) براي شبیهسازي رواناب روزانه حوضه واسنجی گردید.

با معرفی مقادیر دما و بارندگی کوچک مقیاس شده براي دوره 2050s به مدل IHACRES، رواناب حوضه در دوره آتی مورد شبیهسازي قرار گرفت. برازش توزیع احتمالاتی به سري سیلاب حداکثر سالانه و مقایسه شدت سیلابهاي با دوره بازگشت مختلف با دوره مشاهداتی نشان از تأثیر تغییر اقلیم بر رژیم سیلاب این حوضه در دورههاي آتی دارد.

کلید واژه: تغییر اقلیم- سیلاب- حوضه آیدوغموش

 

-1 مقدمه

افزایش گازهاي گلخانهايمخصوصاً گاز CO2 در نتیجه مصرف سوختهاي فسیلی، در چند دهه اخیر موجب شده که غلظت این گاز از 280 ppm در سال 1750 به 379 ppm در سال 2005 افزایش یابد.
گزارشهاي1IPCC حاکی از آن است که در صورت ادامه روند کنونی مصرف این سوختها، غلظت این گاز تا قبل از پایان قرن 21ام میتواند به بیش از 600 ppm برسد. این در حالی است که اگر انتشار این گازها کاهش نیابد متوسط دماي سطحی کره زمین میتواند به میزان 1/1 تا 6/4 درجه سانتیگراد تا سال

2100 برسد و باعث پدیده تغییر اقلیم شود .(IPCC, 2007) طبق گزارشهاي IPCC تغییر اقلیم باعث ایجاد تغییر در رژیم هیدرولوژي در چند دهه اخیر در سطح جهان شده بگونهاي که احتمال مواجهه با رخدادهاي حداکثر اقلیمی مانند سیلاب افزایش یافته است .(IPCC, 2007) از آنجا که افزایش این احتمال براي دورههاي آتی میتواند آثار زیانباري را براي جوامع بشري در پی داشته باشد در سالهاي اخیر تحقیق در مورد این موضوع براي حوضههاي آبریز مختلف در سطح کره زمین مدنظر قرار گرفته است. Gellen و (1998) Roulin تأثیر این پدیده را بر جریان رودخانه اصلی در حوضه بلژیک، تحت خروجیهاي شش مدل گردش عمومی2 مورد بررسی قرار دادند. تمام مدلها به جز دو مدل، افزایش فراوانی سیلاب را در ماههاي زمستان در این رودخانهها نشان دادند.

در تحقیق دیگري تأثیر تغییر اقلیم بر رژیم سیلاب با در نظر گرفتن عدم قطعیتهاي مربوط و با استفاده از خروجی هفت مدل AOGCM توسط Prudhomme و همکاران (2001) انجام گرفت. در این بررسی شاخص جریان پایه3 بهعنوان شاخصی از نفوذپذیري خاك معرفی گردید که روي هیدروگراف سیلاب تأثیر میگذارد. همچنین شاخص کاهش یا افت سیلاب توسط مخازن و رودخانهها4 بهعنوان شاخصی براي بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر شدت سیلاب انتخاب گردید. بیشتر سناریوها نشان از افزایش شدت و فراوانی رخدادهاي سیلاب دارند.

در تحقیق دیگري تأثیر پدیده گرم شدن جهانی5 و تغییر اقلیم بر احتمال رخداد سیلاب در کشور بنگلادش تحت خروجیهاي 4 مدل گردش عمومی، و سناریوي انتشار افزایش گازهاي گلخانهاي توسط Mirza

(2001) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده، افزایشی را در میانگین دبی پیک نشان میدهد، این تغییرات ممکن است منجر به وقوع سیلاب گردد.

Ekström و همکاران (2003) شبیهسازيهایی را براي بارش حداکثر در کشور انگلستان با مدلهاي اقلیمی منطقهايRCM6 انجام دادند. در این تحقیق، براي تعیین تغییرات ممکن در بارش حداکثر، خروجی مدل


گردش عمومی HadRM3 RCM، تحت سناریوي A2 از مجموع سناریوي 1SRES براي سه دوره

2010-2039، 2040-2069 و 2070-2099 مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که شدت رخدادهاي کوتاهمدت و بلند مدت در یک دوره بازگشت معین، افزایش پیدا میکند. همچنین براي دوره بازگشتهاي بزرگتر از 25 تا 50 سال، شدت سیلاب افزایش بیشتري خواهد داشت.

Alison و همکاران (2004) تأثیر تغییر اقلیم را بر وضعیت تناوب سیلاب در کشور انگلستان تحت خروجیهاي مدل گردش عمومی HadRM3H RCM و سناریوي انتشار A2 مورد مطالعه قرار دادند.

نتایج نشان داد که علیرغم کاهش متوسط سالانه بارش در حوضهها (باستثناي یک حوضه) در بیشتر دوره بازگشتها، تناوب سیلابها افزایش یافته است. همچنین براي تعدادي حوضه واقع در جنوب و شرق انگلستان علیرغم افزایش بارش حداکثر و بارش زمستانه، کاهشهایی در پیک سیلاب نشان داده شده است.

همچنین طبق نتایج این تحقیق حوضههاي شمالی و غربی در چند مورد بیش از 50 درصد افزایش پیک سیلاب در دوره بازگشت 50 ساله نشان میدهد.

در تحقیقی که توسط مساح بوانی و مرید (1384) انجام گردید، اثرات این پدیده بر جریان رودخانه زایندهرود اصفهان تحت دادههاي مدل گردش عمومی HadCM3 و دو سناریوي A2 و B2 در دو دوره
2010-2039 و 2070-2099 مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه و تحلیلهاي این اطلاعات، نشان از کاهش بارندگی و افزایش دما تا سال 2100 بخصوص در سالهاي انتهایی قرن دارد. شبیهسازي دبی ورودي به سد چادگان با استفاده از تکنیک شبکه عصبی افت جریان ورودي به سد را تا 5/8 درصد نشان میدهد.

مقایسه سناریوهاي A2 و B2 نشان از وضعیت بحرانیتر سناریوي A2 در این حوضه دارد.

با توجه به مطالعات انجام شده، میتوان نتیجه گرفت که رژیم سیلاب رودخانهها نیز تحت تأثیر تغییر اقلیم در دورههاي آتی دچار تغییراتی نسبت به دوره پایه خواهد شد. از طرف دیگر تغییرات حاصل شده نسبت به زمان و منطقه مورد مطالعه متفاوت میباشد. لذا میبایست چگونگی این تغییرات در مناطق مختلف بطور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد. از اینرو در این تحقیق تلاش شده است تا تأثیر پدیده تغییر اقلیم بر متغیرهاي اقلیمی (دما و بارندگی) و همچنین رژیم سیلاب (شدت و فراوانی) حوضه آیدوغموش واقع در استان آذربایجان شرقی در دوره آتی 2040-2069 و تحت سناریوي انتشار گازهاي گلخانهاي A2 مورد بررسی قرار گیرد. این مقاله در سه بخش ارائه میشود. بخش اول به معرفی پدیده تغییر اقلیم و ارائه مطالعات کتابخانهاي مربوط به تأثیرات این پدیده بر رژیم سیلاب حوضههاي مختلف دنیا، اختصاص یافته است. در بخش دوم، مواد و روشهاي مورد نیاز این تحقیق معرفی میشود. و در بخش آخر، به بحث و نتیجهگیري در مورد نتایج بدست آمده از این تحقیق اختصاص داده شده است.

 

-2 مواد و روشها

-1-2 منطقه مطالعاتی

حوضه رودخانه آیدوغموش با مساحت 1802 کیلومتر مربع در استان آذربایجان شرقی واقع شده است.

رودخانه آیدوغموش از ارتفاعات گرگرد (قور-قور) از توابع هشترود سرچشمه گرفته و به رودخانه قزلاوزن میریزد و طول آن در حدود 80 کیلومتر میباشد. این حوضه در قسمت شمال مجاور حوضه آبریز قرنقوچاي و در قسمت جنوب مجاور حوضه آبریز آجیچاي است. بلندترین ارتفاعات این حوضه از

1000 متر تا 3200 متر متغیر است. همچنین آبدهی سالانه این حوضه 90 میلیون متر مکعب بوده و متوسط بارش سالانه آن 378 میلیمتر میباشد. (شکل .(1

ایستگاه تبخیر سنجی

ایستگاه بارانسنجی

ایستگاه سینوپتیک

ایستگاه کلیماتولوژي

ایستگاه هیدرومتري موتور خانه

شکل -1 حوضه رودخانه آیدوغموش و جانمایی ایستگاههاي هواشناسی


-2-2 تولید سناریوهاي اقلیمی براي دوره آتی

در حــال حاضــر از روشهــاي مختلفــی بــراي تولیــد ســناریوي اقلیمــی در دورههــاي آتــی اســتفاده میشود. کـهازمعتبرتـرین آنهـا اسـتفاده مـدلهـاي سـه بعـدي جفـت شـده اقیـانوس- اتمـسفر گـردش عمـومی جــو مــیباشـد. در حــال حاضــر معتبرتــرین ابـزار جهــت تولیــد سـناریوهاي اقلیمــی، مــدلهـاي ســـه بعـــدي جفـــت شـــده اقیـــانوس- اتمـــسفر گـــردش عمـــومی جـــوAOGCM 1 مـــیباشـــد


.(Wilby and Harris, 2006; Mitchell 2003; Lane et al. 1999) مدلهاي AOGCM بر پایه قـوانین فیزیکی که بهوسیله روابط ریاضی ارائه میشود استوار میباشند. این روابط در یـک شـبکه سـهبعـدي در سطح کره زمین حل میگردند. بهمنظور شبیهسازي اقلـیم کـره زمـین فرآینـدهاي اصـلی اقلیمـی (اتمـسفر، اقیانوس, سطح زمـین، یـخ پوسـته و زیـست کـره) در مـدلهـاي فرعـی جداگانـه جفـت شـده و مـدلهـاي

AOGCM را تشکیل میدهند. روابطشبکهریاضی اینبعـمدلها در هاي سه ي، بـا مقیـاس مکـانی افقـی

250 تا 600 کیلومتر و 10 تا 20 لایه در اتمسفر و 30 لایه در اقیانوس حـل مـیشـوند. تـاکنون مـدل هـاي گردش عمومی مختلفی در مراکز مختلف تحقیقاتی تدوین و طراحی شـده اسـت. از آن جملـه مـیتـوان بـه مــدلهــاي ECHAM4، HadCM3،CSIRO، CGCM2، GFDL-30، NCAR و CCSR اشــاره کــرد

.(IPCC-DDC, 1988) از آنجا که مهـمتـرین ورودي ایـن مـدلهـا میـزان انتـشار گازهـاي گلخانـهاي در دورههاي آتی بوده و از طرفی تعیین میزان انتشار این گازها در دورههاي آتی به طور قطعـی امکـان پـذیر نمیباشد، از اینرو سناریوهاي مختلفی که در برگیرنده چگونگی تغییرات این گازها در آینده میباشد، ارائه شده که آنها را سناریوهاي انتشار1 مینامند. IPCC در سال 1998 سري جدید سناریوهاي انتشار با نـام

SRES را ارائه داد. جدول 1 برخی از ویژگیهاي 4 سـناریوي شـاخص از مجموعـه ایـن سـناریوها را در سال 2100 نشان میدهد.

جدول -1 مشخصات سناریوهاي اقلیمی SRES در سال 2100 نسبت به سال 1990

(IPCC-TGCIA, 1999)

 

در این تحقیق از خروجی مدل HadCM3 از مرکز تحقیقات و پیشبینی اقلیم Hadley انگلستان، تحت سناریوي A2 از مجموعه سناریوهاي انتشار استفاده شده است. جدول 2 مشخصات این مدل را نشان

میدهد .(IPCC-TGCIA, 1999)

تولید سناریوي تغییر اقلیم1

به دلیل بزرگ بودن سلولهاي محاسباتی در مدلهاي AOGCM، شبیهسازي نوسانات اقلیمی همراه با اغتشاش2 میباشد. بهمنظور حذف این اغتشاشات، معمولا بهجاي استفاده مستقیم از دادههاي AOGCM

در محاسبات تغییر اقلیم، از میانگین دورهاي این دادهها استفاده میشود. لذا براي محاسبه سناریوي تغییر اقلیم در هر مدل مقادیر »اختلاف« براي دما (رابطه (1 و »نسبت« براي بارندگی (رابطه (2 براي متوسط درازمدت هر ماه در دوره آتی در اینجا (2040-2069) و دوره شبیهسازي شده پایه توسط همان مدل 1961-1990) یا (1971-2000 براي هر سلول از شبکه محاسباتی محاسبه میگردد
.(Jones and Hulme , 1996)

در روابط فوق ∆Ti و ∆Pi بهترتیب بیانگر سناریوي تغییر اقلیم مربوط به دما و بارندگی براي میانگین
دراز مدت30 ساله براي هر ماه (1≤ i ≤12)، TGCM,fut,i میانگین 30 ساله دماي شبیهسازي شده توسط AOGCM در دوره آتی براي هر ماه (در اینجا (2040-2069، TGCM,fut,i میانگین 30 ساله دماي شبیهسازي شده توسط AOGCM در دوره مشابه با دوره مشاهداتی 1961-1990) یا (1971-2000

براي هر ماه میباشد. براي بارندگی نیز موارد ذکر شده برقرار میباشد.


-4-2 کوچک مقیاس کردن1 مکانی

یکی از مشکلات عمده در استفاده از خروجی مدلهاي AOGCM بزرگ مقیاس بودن سلول محاسباتی2

آنها، بهلحاظ مکانی و زمانی نسبت به منطقه مورد مطالعه میباشد. روشهاي مختلفی جهت تولید سناریوهاي اقلیمی منطقهاي از سناریوهاي اقلیمی مدلهاي AOGCM وجود دارد که به این روشها کوچک مقیاس کردن گفته میشود. در این تحقیق بمنظور کوچک مقیاس کردن دادههاي طرح به لحاظ مکانی از روش تناسبی استفاده میشود. در این روش، متغیرهاي اقلیمی شبیهسازي شده توسط

AOGCM از اطلاعات مربوط به سلولی استخراج میشود که منطقه مورد مطالعه در آن قرار میگیرد

.(Wilby and Harris, 2006)


-5-2 کوچک مقیاس کردن زمانی و تولید سناریوي اقلیمی3

در این تحقیق بمنظور کوچک مقیاس کردن دادههاي طرح به لحاظ زمانی از روش عامل تغییر

(Change Factor) استفاده میشود. در روش عامل تغییر براي بهدست آوردن سري زمانی سناریوي اقلیمی در آینده، سناریوهاي تغییر اقلیم به مقادیر مشاهداتی 1961-1990) یا (1971-2000 افزوده میشود:

در رابطه فوق Tobs بیانگر سري زمانی دماي مشاهداتی (در اینجا روزانه) در دوره پایه 1961-1990) یا

(1971-2000، T سري زمانی دما حاصل از پدیده تغییر اقلیم در دوره آتی (2040-2069) و ∆T سناریوي تغییر اقلیم کوچک مقیاس شده می باشد. در رابطه (4) براي بارندگی نیز موارد ذکر شده برقرار میباشد.

 

-6-2 شبیه سازي بارش- رواناب

به منظور بررسی اثر تغییرات دما و بارندگی بر رواناب استفاده از مدلهاي بارش- رواناب ضروري است.

در این تحقیق براي شبیهسازي بارش- رواناب روزانه از روش ارائه شده توسط Jakeman و (1993) Hornberger (مدل (IHACRES استفاده میشود. اساس این روش از دو مدول غیر خطی کاهش1 و مدول خطی هیدروگراف2 تشکیل میشود. به این منظور در ابتدا بارندگی rk و دما tk در هر گام زمانی k توسط مدول غیر خطی، به بارندگی موثر uk تبدیل شده و سپس به وسیله مدول خطی هیدروگراف واحد به رواناب سطحی در همان گام زمانی تبدیل میشود (شکل .(2

شکل -2 چگونگی شبیه سازي بارش - رواناب همراه با مدولهاي خطی و غیرخطی در روش ارائه شده توسط Jakeman و (1993) Hornberger

در ابتدا میبایست مدل IHACRES براي حوضه آیدوغموش مورد واسنجی قرار گیرد. براي این کار از دادههاي مشاهداتی دما و بارش و دبی روزانه حوضه آیدوغموش در دوره پایه استفاده میگردد. پس از کالیبراسیون مدل، رواناب روزانه این حوضه در دوره 2040-2069 با معرفی دادههاي دما و بارش کوچک مقیاس شده براي حوضه مورد شبیهسازي قرار خواهد گرفت.

-7-2 تحلیل فراوانی سیلاب

در تحلیل رژیم سیلاب، رابطه واحدي را بایستی بین بزرگی و دوره برگشت مربوط به آن پیدا کرد. در این تحقیق از روش سري حداکثر سالانهAM 3 استفاده میشود ..(Kite, 1977) بدین منظور بعد از تولید سري زمانی رواناب روزانه براي دوره ,2040-2069 مقادیر دبی حداکثر سالانه مربوط به این سري مشخص شده و تابع توزیع احتمالاتی4 آن Pdf با استفاده از مدل DISTRIB 2.13 تعیین میگردد. در نهایت با مقایسه Pdf سیلاب دوره 2040-2069 با Pdf سیلاب دوره مشاهداتی، چگونگی تغییرات رژیم

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید