مقاله ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر هیدروگراف سیلاب در دورههای آتی مطالعه موردی: حوضه آبریز بختیاری

word قابل ویرایش
25 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

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

ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر هیدروگراف سیلاب در دورههای آتی مطالعه موردی: حوضه آبریز بختیاری
چکیده
در این تحقیق به بررسی اثر تغییرات اقلیم بر سیلاب با استفاده از مدل گردش عمومی جو (AOGCM) در حوضه بختیاری پرداخته شد. برای این کار از شبیهسازی دما و بارش دوره آتی (۲۰۱۱-۲۰۳۰) با استفاده از مدل CGCM3 براساس سناریوی انتشار A2 از مجموعه مدلهای AOGCM –A R4 به روش ریزمقیاسنمایی آماری (مدل لارس) و روش تناسبی (بارش) و تفاضل (حداقل و حداکثر دما) استفاده شد. برای شبیهسازی سیلاب حوضه نیز از مدل بارش ـ رواناب HEC-HMS استفاده شد. براساس نتایج شبیهسازی در ایستگاه تله زنگ حوضه بختیاری بهازای سیل فروردین ۶۹، دبی شبیهسازی شده بهمیزان ۳۵۷٫۷ مترمکعب نسبت به دبی مشاهدهای کاهش نشان داد که معادل %۶٫۱ دارای خطا است. نتیجه شبیه سازی متغیرهای اقلیمی درحوضه منتخب در دوره آتی، کاهش بارش و افزایش حداقل و حداکثر دما در دوره آتی است. در مجموع درحوضه بهطور میانگین تا ۲۰ درصد کاهش بارش مشاهده شد و دمای حداکثر و حداقل بهترتیب با ۱٫۵ و ۱ درجه افزایش پیشبینی شدند. نتایج حاصل از استخراج بارشهای حدی دوره آتی (۲۰۱۱- ۲۰۳۰) نشان داد با وجود کاهش بارشها درسالهای آینده، بارشهای حدی درحوضه با شدت بیشتری نسبت به دوره پایه رخ خواهند داد که این امر نشاندهنده افزایش وقوع سیلابها در دوره آتی خواهد بود.
کلیدواژگان: تغییر اقلیم، مدلسازی اقلیمی، مدل بارش ـ رواناب، سیلاب، حوضه بختیاری.

مقدمه
پدیده تغییر اقلیم که ناشی از افزایش غلظت گازهای گلخانهای به ویژه گازدی اکسید کربن در جو میباشد، باعث تغییراتی در رژیم بارش، میزان رواناب، سرعت باد، تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین و دمای هوا می شود. توجه به تغییرات اقلیمی در سالهای اخیر به علت پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و خسارتهای مالی مربوط به رویدادهای جوی اهمیت زیادی پیدا کرده است (محمدی و تقوی، .(۱۳۸۴ تغییر طبیعی آب و هوا اغلب به تشدید حوادث آب و هوایی میانجامد. وقایع حداکثر آب و هوایی نتیجه انحراف شدید از وضعیت متعادل سیستم آب و هوایی بدون در نظرگرفتن تأثیر واقعی آن بر شرایط اکولوژی کره زمین و سایر موجودات است که در تمام دنیا این حوادث شدید پیوسته در حال افزایشاند. طبق گزارشهای IPCC1 تغییر اقلیم باعث تغییرات هیدرولوژی در چند دهه اخیر در سطح جهان شده به گونهای که احتمال مواجهه با رخدادهای حداکثر اقلیمی مانند سیلاب افزایش یافته است .(IPCC, 2007)
پدیده تغییر اقلیم میتواند بر سیستمهای مختلفی تأثیر بگذارد که سیستم منابع آب از اصلی ترین آنها است. بنابراین پدیده تغییر اقلیم می تواند به عنوان عمده ترین چالش بشر در دورههای آتی قلمداد گردد. از آنجا که افزایش این احتمال برای دورههای آتی می تواند آثار زیانباری برای جوامع بشری داشته باشد، لذا در سالهای اخیر تحقیقاتی در این مورد صورت گرفته است. در حال حاضر اغلب تحقیقات انجام گرفته در زمینه تأثیر تغییراقلیم بر وقایع متوسط مانند رواناب هستند (Leander et al., 2006) که در بررسی آنها از خروجی مدلهای گردش عمومی اقیانوس- اتمسفر (AOGCM2) استفاده شده است. در مقایسه با مطالعات در زمینه خاک، آب و هوا و کاربری اراضی که نیازمند اطلاعات ورودی زیادی برای مدلهای هواشناسی، هیدرولوژی و مدیریت آب میباشند، تحقیقات وقایع حدی با دادههای ورودی اندکی قابل انجام میباشند .(Fowler and Kilsby, 2007) با این وجود برخلاف تحقیقات بیشماری که بر رواناب صورت گرفته است، تحقیقات اندکی در زمینه وقایع حدی به خصوص خشکسالی در سطح دنیا انجام گرفته است (Zalud et al., 2005)، .(Loukas et al., 2004) دلیل این امر عدم اعتبار خروجی مدلهای گردش عمومی جو در مقیاس روزانه، و از طرف دیگر دشواری ریز مقیاس سازی خروجی این مدلها برای مطالعات وقایع حدی می باشد. باید توجه داشت که در صورت استفاده از روش مناسب و معتبر در ریزمقیاس سازی خروجی مدلهای گردش عمومی جو، این مدلها ابزار مناسبی برای پیشبینی وقایع حدی هستند، از سوی دیگر این مدلها قادر به تولید سریهای زمانی طولانی مدت هستند که میتوان به کمک آنها به آنالیز تغییرات احتمالی وقایع حدی در دورههای آینده نیز پرداخت .(Loukas et al., 2008) درسال های اخیر تحقیق در مورد این موضوعات در سطح کره زمین مد نظر قرار گرفته است.
در تحقیقی اثرات تغییرات اقلیم را بر حوضه آبریز رودخانه کلرادو در سه دوره ۳۰ ساله از سال ۲۰۱۰ تا ۲۱۰۰ تخمین زده شد. در این تحقیق از دادههای خروجی مدلVIC1 و ریزمقیاس نمائی داده به عنوان ورودی مدلVIC، رواناب حاصل در این سه دوره شبیه سازی شده که به ترتیب کاهش ۱۴، ۱۸ و ۱۷ درصد در سه دوره مشخص شده است ( Christensen .(et al., 2005 در مطالعه ای با استفاده از مدل گردش عمومی ECHAM52 و سناریوی انتشار A1B تأثیر تغییر اقلیم را بر رواناب مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق که برای ۹ حوضه در کشور ایرلند صورت گرفت از مدل مفهومی بارش ـ رواناب HBV-Light3 برای بررسی وضعیت جریان رودخانه در دوره آتی ۲۰۱۰- ۲۰۶۰ استفاده شد. نتایج در مجموع نشان دهنده افزایش بارش زمستانه و کاهش بارش تابستانه است. همچنین میزان دبی رودخانه تحتتأثیر تغییر اقلیم تغییر خواهد نمود .(Steele et al., 2008) عدم قطعیت تأثیر تغییراقلیم بر رواناب حوضه کانادا مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی از پنج مدل GCM4 و دو سناریوی انتشار استفاده شد. نتایج نشان از افزایش یک تا ۱۴ درجهای دما و تغییر -۹ تا ۵۵ درصدی بارش فصلی داشت. همچنین میزان رواناب حوضه تحت تأثیر تغییر اقلیم، تغییر خواهد نمود .(Minville et al., 2008) تأثیر عدم قطعیت ۷ مدل AOGCM بر تقاضا و بهره وری آب کشاورزی در دورههای ۲۰۱۰- ۲۰۳۹ و ۲۰۷۰- ۲۰۹۹ برای چهار محصول عمده در شبکه آبیاری زاینده رود شامل گندم، جو، چغندرقند و سیب زمینی بررسی شد. نتایج حاکی از آن بود، که با نزدیک شدن به پایان قرن احتمالاً میزان نیاز آبی محصولات منطقه افزایش خواهد یافت، این افزایش در دوره ۲۰۶۹- ۲۰۴۰ بیشتر است (Elmahdi et al., 2009) تجزیه و تحلیل تحقیقی تحت عنوان اثرات پدیده تغییر اقلیم بر جریان رودخانه زایندهرود اصفهان تحت مدل HADCM31 و سناریوهای انتشار A2 و B2 نشان از کاهش بارندگی و افزایش دما تا سال ۲۱۰۰ به خصوص در نیمه دوم قرن دارد. در این ارتباط شبیه سازی دبی ورودی به سد چادگان با استفاده از تکنیک شبکه عصبی، افت جریان ورودی به سد را تا ۵٫۸ درصد نشان میدهد (مساح بوانی و همکاران، .(۱۳۸۴ مطالعهای جهت مدلسازی اقلیم ایران در دوره آتی، با استفاده از از دادههای سناریوA1 تحت مدل ECHO-G2 و روش ریزمقیاس نمایی آماری لارس۳، تغییرات اقلیمی۴۳ ایستگاه سینوپتیک کشور ارزیابی شد. بررسیها حاکی از افزایش
میانگین سالانه دما در حدود ۰٫۵ درجه سانتیگراد و کاهش ۹ درصدی بارش در کشور برای دوره آتی است (باباییان و همکاران، .(۱۳۸۶ اثرات تغییر اقلیم بر شرایط آب و هوایی و منابع آبهای سطحی ایران بررسی شد. با استفاده از ۶۹۶ تصویر همزمان دما و بارش ماهانه بررسی تغییرات زمانی و مکانی این عوامل اقلیمی به عنوان مهمترین و تأثیرپذیرترین عوامل اقلیمی از تغییرات جهانی آب و هوا اقدام شد. نتایج نشان داد که در تمامی کشور روند صعودی دمای میانگین ماهانه مشاهده میشود که حاکی از گرم شدن تدریجی هوا است. تغییرات بارش نیز در سطح کشور در سطوح مختلف معنیدار بود. در نواحی شمال- شمال غرب و جنوب-جنوب شرق روند نزولی بارش ماهانه مشاهده شد (دانش کارآراسته و شکوهی، .(۱۳۸۷ نتایج مطالعه تأثیر عدم قطعیت تغییر اقلیم بر دبی پیک حوضه آیدوغموش در یک دوره سی ساله ۲۰۴۰- ۲۰۶۹ و فقط برای سناریوی A2 و با استفاده از هفت مدل AOGCM نشان داد که دمای حوضه در دوره ۲۰۵۰ بین حدود ۱ تا ۶ درجه سانتیگراد نسبت به دوره پایه افزایش مییابد. همچنین محدوده تغییرات بارش از -۸۰ تا ۱۰۰ درصد خواهد بود. مقایسه شدت سیلاب نمونهها در دوره بازگشتهای مختلف در دوره آتی با وضعیت کنونی آن، نشان داد که دبی پیک حوضه تحتتأثیر تغییر اقلیم خواهد بود (آشفته و همکاران، .(۱۳۸۷ نتایج بررسی اثر تغییر اقلیم بر روی روند مقادیر حدی جریان (جریان حداقل و سیل) در حوضه آبخیز سد سفیدرود نشان داد که روند مجموع بارش سالانه و بارش حداکثر۲۴ ساعته در تعداد کمی از ایستگاهها معنیدار است، در حالیکه در مورد جریانهای حداقل و سیل این نسبت بالاتر است. بنابراین میتوان گفت روند کاهشی جریان به احتمال زیاد متأثر از تغییر کاربری اراضی و احداث سازههای آبی در بالادست بوده است (دودانگه و همکاران، .(۱۳۸۹

تحقیقات بالا نشان میدهد که تغییرات اقلیمی و اثرات آن بر مخاطرات محیطی در همه جای دنیا از اهمیت بالایی برخوردار است و موارد متعددی انجام شده است. بدین جهت این تحقیق نیز سعی دارد اثرات تغییر اقلیم بر سیلاب حوضه بختیاری را با استفاده از مدل اقلیمی

AOGCM و مدل بارش-رواناب HEC-HMS مورد بررسی قرار دهد.

موقعیت جغرافیایی منطقه

حوضه آبریز رودخانه بختیاری در جنوب غربی کشور از ارتفاعات زاگرس میانی سرچشمه میگیرد. این حوضه محدود به مختصات جغرافیاییَ۴۵ْ،۴۸ تاَ۲۰،ْ۵۰ طول شرقی وَ ۳۵ْ،۳۲ تا َ۲۰،ْ۳۳ عرض شمالی است. همچنین ساخت سد بختیاری به فاصله مستقیم حدود ۵۰ کیلومتری بالادست سد دز و پنج کیلومتر بالادست تقاطع رودخانههای سزار- بختیاری قرار گرفته است.
رودخانه بختیاری یکی از دو سرشاخه اصلی رودخانه دز است که از ارتفاعات جنوبی اشترانکوه سرچشمه میگیرد و در نزدیکی ایستگاه تنگ پنج به رودخانه سزار میپیوندد و رود دز را تشکیل میدهد. مساحت حوضه آبریز در محل سد در حدود ۶۳۸۸ کیلومترمربع و میانگین ارتفاع حوضه از سطح دریا ۲۲۱۲ متر است. دبی متوسط سالانه رودخانه بختیاری در محل سد (بر اساس یک دوره آماری ۶۰ ساله) معادل ۱۴۴٫۶ مترمکعب بر ثانیه و متوسط بارش سالانه در حدود ۱۱۱۷ میلیمتر است. شیب متوسط رودخانه بختیاری طی مسیر حدود ۳۵ درجه است (شکل .(۱
در این تحقیق دادههای مشاهداتی دمای حداقل و حداکثر و بارش روزانه ۸ ایستگاه هواشناسی حوضه بختیاری طی دوره آماری ۱۹۸۹-۲۰۰۸ از سازمان هواشناسی دریافت شد.

که جدول شماره ۱ مشخصات ایستگاهها و شکل شماره ۱ موقعیت ایستگاهها را در روی نقشه نشان میدهد. همچنین دادههای دمای حداقل و حداکثر و بارش روزانه منطقه از مدل

CGCM3 در دوره ۲۰۱۱-۲۰۳۰ تحت سناریوی انتشار A2 از مرکز مدلسازی و تجزیه و تحلیل اقلیم کانادا۱ استخراج گردید.

انتخاب توفانهای شدید و فراگیر منطقه در دوره پایه
انتخاب توفانهای شدید و فراگیر بر اساس نتایج بررسی های قبلی و همچنین دادههای ثبتشده دبیهای حداکثر لحظه ای و روزانه و دادههای حداکثر بارشهای روزانه با تداومهای ۲۴ ساعت طی دوره آماری بلندمدت (۱۹۶۰-۲۰۰۷) برای حوضه بختیاری انجام گرفت. انتخاب اولیه بر پایه میانگین حسابی بارش در کلیه ایستگاههای موجود در منطقه صورت گرفت. بارشهای مختلف که مربوط به تاریخهای متفاوت هستند بهترتیب نزولی مرتب شد و در نهایت با تطابق رویدادهای سیل تعداد ۱۴ توفان انتخاب گردید (جدول .(۲ همانگونه که ملاحظه می شود توفان آذر ۱۳۶۴ از نظر بزرگی مقدار بارش برای کل تداوم زمانی بارش در مرتبه نخست قرار دارد. توفانهای اردیبهشت ۱۳۶۵ و دیماه ۱۳۷۱نیز بهترتیب در مرتبه دوم سوم قرار دارند. ترتیب بزرگی سایر توفانها بر پایه میانگین بارش در حوضه تقریباً مشابه هم است. با توجه به تداوم توفان و نزدیک بودن ایستگاه هیدرومتری تلهزنگ به سد بختیاری قرار گرفتن در حوضه انتهایی سیل، این ایستگاه ملاک ادامه کار قرار گرفت و برای کالیبره کردن مدل بارش ـ رواناب مورداستفاده قرار گرفت.

تولید سناریوی تغییر اقلیم
بهمنظور حذف اغتشاش در شبیهسازی نوسانات اقلیمی ناشی از بزرگ بودن سلولهای محاسباتی مدلهای AOGCM، معمولاً بهجای استفاده مستقیم از دادههای مدل در محاسبات تغییر اقلیم، از میانگین دورهای درازمدت این دادهها استفاده میشود (روابط (۱) و (Jones and Hulme, 1996(2)

در روابط فوق بهترتیب بیانگر سناریوی تغییر اقلیم مربوط به دما و بارندگی برای متوسط دراز مدت برای هر ماه، متوسط درازمدت دمای شبیه سازی شده توسط AOGCM در دوره آتی برای هر ماه (۲۰۱۱ – ۲۰۳۰)، متوسط درازمدت دمای شبیه سازی شده توسط AOGCM در دوره مشابه با دوره مشاهده ای (۱۹۸۹ – ۲۰۰۸) برای هر ماه میباشد. برای بارندگی نیز موارد ذکر شده برقرار میباشد.
خلاصهای از فرآیند مدل لارس
در این مدل فرایند تولید دادههای مصنوعی آبوهوایی در سه بخش انجام میگیرد:
۱٫ کالیبره کردن مدل:۱ در این بخش دادههای آبوهوایی دیدهبانی شده جهت تعیین خصوصیات آماریشان تحلیل میشوند. این اطلاعات در دو فایل مجزا ذخیره میشوند.
۲٫ صحت سنجی مدل:۲ در این قسمت خصوصیات آماری دادههای دیدهبانی و مصنوعی تولید شده توسط مدل جهت تعیین اینکه آیا تفاوتهای آماری قابلتوجهی بین این دو گروه از دادهها وجود دارد یا نه، مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرند.
۳٫ تولید داده:۳ در اینجا دادههای آبوهوایی مصنوعی با استفاده از دادههای آبوهوایی دوره
دیدهبانی شده تولید می شوند، که دارای خصوصیات آماری مشابه با دوره دیدبانی هستند. مدل لارس با استفاده از دادههای دیدهبانی شده برای ایستگاه مورد نظر کالیبره میشود و توانمندی مدل توسط Q- test صحت سنجی می شود، دادههای مصنوعی قادرند با استفاده از گزینه Generator نیز شبیه سازی و ارزیابی شوند. این گزینه میتواند دادههای مصنوعی را با همان خصوصیات آماری دادههای دیدهبانی بهکار ببرد یا دادههای مصنوعیرا مطابق با سناریویهای تغییر اقلیم تولید کند.
شبیه سازی سیلاب حوضه
بهمنظور شبیهسازی سیلاب حوضه بختیاری، در این تحقیق از مدل HEC-HMS استفاده شد.
ابتدا شماتیک توپولوژی زیرحوضهها و شبکه آبراههها، برای هر حوضه طراحی شد(شکل .(۲ همچنین عوامل شبیهسازی حوضهها، زیرحوضهها و رودخانه ها که شامل مساحت، مؤلفه های نفوذ، نوع تابع تبدیل بارش به رواناب و دبی پایه رودخانه و روش روندیابی است در این بخش تعریف شدند.
مدل HEC-HMS دراین تحقیق بر اساس روش SCS برای محاسبه نفوذ، روش هیدروگراف
واحد کلارک در تبدیل بارش به رواناب و روش ماسکینگام برای روندیابی در رودخانه مورد واسنجی و ارزیابی قرار گرفت. جریان پایه هم در اجرای مدل در نظر گرفته نشد و سیلابهای مورد نظر بدون جریان پایه شبیه سازی شدهاند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 25 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد