بخشی از مقاله
خلاصه
با صنعتی شدن جوامع در چند دههی اخیر باعث افزایش گازهای گلخانهای شده است. این افزایش سبب گرمتر شدن جو کرهی زمین میشود. طراحی یک سیتم زهکش کارا و با عملکرد مناسب، همچنان بهعنوان به عنوان چالشی قابل توجه بر جا مانده است به ویژه اثرات ناشی از تغییر اقلیم و توسعه شهری مورد تاکید بسیاری از محققین قرار گرفته، چرا که میتوانند افزایش قابل توجه در فراوانی و بزرگی سیل شهری در بسیاری از مناطق جهان ایجاد نماید. در این پژوهش از مطالعه مروری مقالات متنوع استفاده شده که از مدلهای گردش عومومی AOGCM با نام HadCM3، LARSE-WG تحت سناریوهای A1، B1، A1B و شبکهی عصبی NARX و HELP3 استفاده شده است. نتایج مطالعات نشان داد که حجم بارش در شرایط تغییر اقلیم کاهش و دما افزایش مییابد. تراز آب زیرزمینی افت خواهد کرد و اگر این شرایط از نظر تخلیه و تغذیه بر آبخوان حاکم باشد، احتمال افت بیشتر آبخوان در بازههای زمانی طولانیتری را شاهد خواهیم بود.
مقدمه
با صنعتی شدن جوامع در چند دههی اخیر باعث افزایش گازهای گلخانهای شده است. این افزایش سبب گرمتر شدن جو کرهی زمین میشود.[1] تغییر اقلیم تأثیر قابل توجهی بر منابع آب زیرزمینی و سطحی دارد. با توجه به اینکه تأثیر تغییرات اقلیمی بر منابع آب زیرزمینی نسبت به منابع آب سطحی غیرمستقیم و آهسته تر می باشد. پایش وضعیت این منابع و حفظ پایداری آنها تحت تاثیر این تغییرات از اهمیت بالایی برخوردار است.
از زمانهای دور تاکنون، سیستم زهکشی شهری به عنوان یک زیر ساخت حیاتی، به منظور جمعآوری و انتقال رواناب به خارج از مناطق شهری وجود داشته است.[3] سیتمهای زهکشی معمولا تک هدفی دارند که تمرکز آنها بر کنترل کمیت رواناب است. در حالی که روشهای زهکشی امروزه در سطح جهان به سمت پایداری حرکت نموده و به دیگران ابعاد مهم مدیریت آب شهری مانند کیفیت رواناب، زیبا سازی محیط، امور تفریحی، حفاظت محیط زیست و استفادهی مجدد از آب نیز در کنار کنترل کمی رواناب توجه دارند.
طراحی یک سیستم زهکشی کارا و با عملکرد مناسب، همچنان به عنوان چالشی قابل توجه بر جا مانده است به ویژه اثرات ناشی از تغییر اقلیم و توسعهی شهری مورد تأکید بسیاری از محققین قرار گرفته، چرا که میتوانند افزایش قابل توجهی در فراوانی و بزرگی سیل شهری در بسیاری از مناطق جهان ایجاد نمایند. [5] رشد روزافزون جمعیت، نیاز به تولید غذا و احتمال کاهش منابع آبی در نتیجهی خشکسالیهای ناشی از تغییر اقلیم سبب شد تا طی سالهای اخیر پژوهشهایی در زمینهی تأثیر این پدیده بر میزان تغییرات پارامتهای مهم اقلیمی صورت گیرد.
مهمترین تاثیر تغییر اقلیم میتواند نوسانات در میزان آبهای سطحی و کیفیت آنها باشد، اما مهمترین نگرانی برای مدیران آب و دولت، کاهش بالقوه و کمیت منابع آب زیرزمینی میباشد؛ چرا که آبهای زیرزمینی منبع اصلی آب آشامیدنی برای مصرف انسان و آبیاری تولیدات کشاورزی در سراسر جهان میباشند.تهیهی مدلهایی که بتوانند وضعیت آبخوان را با توجه به تغییر اقلیم پیشبینی کند، ضروری به نظر میرسد. سطح آب زیرزمینی در ایران در اغلب دشتهای آبی در حدود 0/5 تا 1 متر در سال افت دارد.
منابع آبهای زیرزمینی از طریق تعامل مستقیم با منابع آب سطحی مثل رودخانهها و دریاچهها و تعامل غیرمستقیم از طریق روند تغذیه ، باید پدیدهی تغییر اقلیم در ارتباط است. برای آگاهی از وضعیت منابع آب زیرزمینی و مدیریت بهینه آن لازم است که نوسانات سطح آب زیرزمینی مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.یکی از منابع مهم تغذیه آبهای زیرزمینی، آب رودها هستند که با کاهش حجم بارندگی یا خشک شدن رودها بر اثر خشکسالی، این منبع تغذیه آبهای زیرزمینی منطقه نیز کاهش مییابد یا به طور کلی قطع می-شود.
مدلهای مختلفی برای بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی بر نوسانات سطح آب زیرزمینی و پیشبینی سطح آب زیرزمینی در نقاط مختلف جهان گسترش یافته است. همچنین مدلهای اقلیمی مختلفی از جمله MPI-ESM-LP ، MRI-CGCM3 و CCSM4 وجود دارد که نقشههای پیشبینی مربوط به سالهای آتی به کمک آنها تهیه شده است. نقشههای پیشبینی بارش و دما در مدل MRI-CGCM3 با کد MG، در مدل MPI-ESM-LP با کد MP و در مدل CCSM4 با کد CC به صورت سالیانه و ماهیانه موجود است.
رضایی بنفشه و همکاران - 1397 - گزارش نمودند بر روی مدل HadCM3 و تحت سناریوهای A1B، A2 و B1 به بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر تغییرات زمانی تغذیهی آب زیرزمینی حوضهی آبریز تسوج پرداختند. نتایج نشان داد پایینترین درصد تغذیهی آب زیرمینی در سناریوی A2 اتفاق افتاد چرا که کاهش بارش و افزایش دما در این سناریو بیش از دو سناریوی دیگر است و در سناریوی A1B و B1 نتایج مشابه و نزدیکی در زمینهی افزایش دما، کاهش بارش و نهایتا مقدار تغذیهی آب زیرزمینی نشان دادند.
جیرکاما و همکاران - 2007 - گزارش نمودند با استفاده از مدل هیدرولوژیکی HELP3 اثر تغییر اقلیم را بر تغییرات مکانی تغذیه آبخوان در حوضهی گراند در انتاریوی کانادا بررسی کردند. نتایج تحقیق نشان داد که در اثر تغییر اقلیم، جریانات و حجم تغذیهی آبخوان افزایش مییابد.
شکیبا و چشمی - 1390 - گزارش نمودند با استفاده از مدل گردش عمومی GCM وسپس انطباق مدل گردش عمومی با LARS-WG به ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی دشت رامهرمز با استفاده از شبکهی NARX پرداختند. نتایج این مطالعه نشان داد با فرض حفظ وضعیت موجود توسعهی منطقه، حاکی از سیر نزولی حجم آبخوان با توجه به تغییرات اقلیمی و اثرات آن بر منابع و مصارف محدودهی مطالعاتی میباشد. همینطور سناریوی A2 را بحرانیترین سناریو مربوط به تغییرات اقلیمی معرفی که بیشترین افت آبخوان را در مدلسازی شبکهی عصبی نشان میدهد.
بابائیان و همکاران - 2004 - گزارش نمودند و به کاربستن دو پارامتر بارش و تبخیر و قرار دادن این اطلاعات در یک مدل هیدرولوژیکی اثرات تغییر اقلیم را بر روی تغذیه آب زیرزمینی در رطوبت خاک بررسی کردهاند. نتایج این مطالعه نشان میدهد که تغییر اقلیم بر روی دو پارامتر بارش و تبخیر اثر مستقیم دارد.
کائوچین و همکاران - 2010 - گزارش کردند با استفاده از یک مدل هیدرولوژیکی که اساس آن اطلاعات زمینشناسی، هیدرولوژیکی و ژئوشیمی است و همچنین با بستن یک رگرسیون خطی مدل بارش برای 20 سال آینده نشان دادند. که سطح آب زیرزمینی تحت تأثیر تغییر اقلیم به تدریج کاهش مییابد. هدف این تحقیق بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر طرحهای زهکشی و تغییرات سطح آب زیرزمینی است.
مواد و روشها
در مقالهی شکیبا و چشمی - 1397 - ، از اطلاعات هواشناسی مشاهداتی شامل بارش روزانه، از ایستگاه سینوپتیک رامهرمز به منظور ارزیابی اثرات تغییز اقلیم، از خروجی مدلهای گردش عمومی جو GCM استفاده شد. و سپس اطباق مقیاس خروجی این مدل با مقیاس مورد نیاز مطالعات محلی تغییر اقلیم، دادههای بارش و دما توسط مدل LARS-WG ریز مقیاس شدهاند. از اطلاعات ریزمقیاس شده جهت تعیین مقادیر تغذیه و تخلیهی آبخوان در دورههای آتی استفاده گردید و به منظور افت سطح آب زیرزمینی با مدل شبکهی عصبی از تعداد 23 حلقه چاه فعال با اطلاعات برداشت شده با دورهی 20 ساله مدلسازی شبکه بهرهگرفت .
مدل دینامیکی NARX در محیط نرمافزار نرمافزار MATLAB توسعه یافت و مولفههای ورودی شبیهسازی شده تحت تاثیر تغییر اقلیم به مدل شبکهی عصبی داده و پیشبینی وضعیت آبخوان برای یک دورهی 7 ساله در آینده صورت گرفت. مدل LARS-WG میتواند اطلاعات یک ایستگاه هواشناسی را تحت شرایط اقلیمی کنونی و در آینده شبیهسازی کند. اطلاعات ورودی این مدل سری زمانی روزانهی بارش - - mm، حداقل و حداکثر دما - c - و ساعات آفتابی - - day-1 m-2 MJ میباشد.
این مدل تحت سناریوهای A1B، A2، B1 صورت گرفت که بحرنیترین شرایط را سناریوی A2 نشان میدهد و برای آنالیز حساسیت الگوی ورودی از روش اعتبار سنجی آماری کلموگروف- اسیدنوف - Ks - و t تست استفاده و به این ترتیب مقادیر محاسبه شده با مشاهده شده مقایسه گردید. مدل شبکهی عصبی NARX علاوه بر دادههای ماهانه بارش، دما و ساعات آفتابی و ارتفاع سطح پیزومتری و دادههای تولید شده با LARS-WG به طور ماهانه بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر انتخاب شده و ابتدای دادههای ماهانهی بارش، دما و ساعات آفتابی و ارتفاع سطح پیزومتری برای شبیهسازی به مدل شبکهی عصبی مصنوعی وارد و شبیهسازی انجام گرفت و مدل بین 4 ورودی و خروجی شبیهسازی شده ارتباط برقرار کرده و آنها را دوباره به عنوان ورودی گرفته و میزان افت را برای یک ماه آینده شبیهسازی کرد.
ولی در مقالهی انصاری و همکاران - - 1395، از اطلاعات شامل باران سنجی، دما سنجی و اقلیم شناسی - رطوبت نسبی، روزهای یخبندان، ساعات آفتابی، باد و تبخیر و تعرق - از ایستگاه بروجن که نزدیکترین ایستگاه به این محدوده میباشد، گردآوری شده است. در مجموع از 210 حلقه چاه برای کشاورزی، 4 حلقه چاه جهت مصارف شرب و 9 حلقه چاه جهت مصارف صنعتی میباشد و تعداد قنوات دایر 12 رشته گزارش شده است.
در این پژوهش یکی از مدلهای سه بعدی جفت شده اقیانوس - اتمسفر گردش مومی جو AOGCM با نام HadCM3 برای شبیهسازی سریهای زمانی متغیرهای اقلیمی دما و بارش تحت سناریوهای انتشار B1 و A2 در دورهی آتی استفاده شد. همچنین به منظور ریز مقیاس نمایی دادههای اقلیمی روزانه جهت تولید سناریوهای اقلیمی منطقهای از مدل LARS-WG استفاده شد. برای شبیهسازی رواناب سطحی منطقهای از مدل IHACRES با دادههای ماهانهی دما، بارش و رواناب مشاهداتی واسنجی گردید.
