20246

۲۰۲۴۶

ارزيابي اثر تغيير اقليم بر مولفه هاي منابع اب با در نظر گرفتن رد پاي اب و بهينه سازي الگوي كشت در حوضه سيمره

كارشناسي ارشد

منابع آب

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۸/۲

دكتر سعادت پور

دكتر عباس افشار

عمران

چكيده افزايش تقاضاي آب و نيز اثرات ناشي از تغيير اقليم بر مولفه هاي مختلف چرخه آب اثرگذار بوده و سبب تنش فزايندهاي بر اين منبع حياتي در نقاط مختلف جهان گشته است. شناخت اثرات ناشي از خصوصيات فيزيكي و اكولوژيكي حوضه، اقليم، مصارف/برداشت آب بر چرخه هيدرولوژيكي در سطح حوضه آبريز ميتواند در درك مناسب چگونگي تغييرات هيدرولوژيكي در سطح حوضه، سناريوهاي توسعه، اثرات تغيير اقليم و ... اثرگذار باشد. در اين تحقيق، مدل SWAT(Soil and Water Assessement Tool) به منظور مدلسازي هيدرولوژيكي حوضه آبريز سيمره و مطالعه اثرات اقليم آينده بر منابع آب حوضه آبريز، بافرض ثابت ماندن كاربري اراضي در دوره ي 2003-2016 مورد استفاده قرار ميگيرد. كاليبراسيون و اعتبارسنجي مدل هيدرولوژيكي توسعه يافته توسط SWAT-CUP و روش SUFI2 ، براي داده هاي دبي ماهانه )سالهاي 2011 - 2005 كاليبره و براي سالهاي 2014 - 2012 اعتبارسنجي( ايستگاههاي هيدرولوژيكي متعدد در سطح حوضه صورت پذيرفت. همچنين عملكرد ساليانه محصولات حوضه ) گندم، جو، چغندر قند، سيب، انگور و گردو( براي اطمينان بيشتر به نتايج مربوط به شبيه سازي عملكرد محصولات، نيز كاليبره گرديدند. داده هاي اقليم آينده براي سالهاي 2040 - 2020 با استفاده از مدل گردش عمومي HadCM3 براي سناريو هاي A1B,A2 و B1 توليد و بوسيله ي مدل LARS-WG ريزمقياس گشتند و در ادامه مدل SWAT به منظور تحليل مقادير متوسط سالانه بارش، آب آبي، آب سبز )مجموع جريان آب سبز و ذخيره آب سبز( در اثر تغيير اقليم در كل حوضه آبريز، مورد استفاده قرار خواهد گرفت. نتايج نشان دادند كه مقادير متوسط سالانه بارش، آب آبي و آب سبز در سناريوي A1B ، به ترتيب 49.1 ،% 72.1 % و 41.3 %، در سناريوي A2 ، %48.3 ، %69.4 و % 41.5 و در سناريوي B1 ، %45.2 ، %62.3 و 39.5 % نسبت به سناريو شرايط تاريخي افزايش خواهند يافت. در واقع، منطقه در اثر تغيير اقليم، افزايش قابل توجه دبي اوج و دورهي طولاني كمبود آب در فصول گرم را نسبت به شرايط كنوني تجربه خواهد نمود به طوري كه مقادير دبي پيك در ايستگاههاي مختلف هيدرومتري 5 / 1 تا 2 برابر افزايش خواهد يافت. در ادامه با هدف افزايش سود اقتصادي و مديريت منابع آبي با استفاده از مفهوم ردپاي آبي، الگوريتم بهينه سازي چندهدفه هوش جمعي ذرات و مدل SWAT ، براي حل دو مساله مختلف در تعيين الگوي بهينه كشت اراضي باغي و زارعي در مقياس زير حوضه توسعه يافتند. در مساله اول، بيشينه سازي سود و كمينه نمودن نسبت تبخير-تعرق بر مجموع رطوبت خاك و آب آبي و در مساله دوم، بيشينه نمودن سود و استحصال هرچه بيشتر از منابع آب آبي موجود در حوضه، بعنوان توابع هدف در نظر گرفته شدند. بر اساس نتايج حاصل از مساله اول، بطور كلي افزايش اراضي باغي گردو و اراضي زراعي چغندرقند سبب افزايش سود اقتصادي و افزايش ميزان نسبت تبخير تعرق بر مجموع آب آبي و رطوبت خاك گرديده و توسعه الگوي زراعي جو و كشت باغي سيب با كاهش سود اقتصادي و كاهش نسبت تبخير تعرق بر آب آبي و رطوبت خاك همراه خواهد بود. همچنين با توجه به نتايج مساله دوم، در حالتهاي بهينه، حدود 10 الي 12 درصد از منابع آب آبي در حوضه مورد مطالعه اين تحقيق، مورد و استفاده آبياري قرار مي گيرد كه اين مي تواند ناشي از عدم دسترسي به منابع خاك و زمين مناسب كشاورزي و قرارگيري درصد كمي از اراضي كشت در پايين دست سد سيمره )منبع مطمئن تامين آب( نسبت به كل حوضه در اين مورد مطالعاتي باشد. واژههاي كليدي: ردپاي آب، آب سبز، آب آبي، تغيير اقليم، بهينه سازي الگوي كشت، SWAT ، MOPSO ، LARS-WG .

1397/11/16

Evaluation the effects of climate changes on blue and green water flows and estimation the optimal crop pattern considering water footprint concepts; Seimareh river basin as case study

2/5/2019 12:00:00 AM

Abstract As water resources become stressed due to increasing of water demand, understanding the effect of climate change on various components of the water cycle and optimizing the crop pattern is a strategic importance in water resource management. In this study, we were used a hydrologic model of Seimareh dam basin to study the impact of future climate on the water resources. The hydrologic model was created using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and we assumed land use has not change in 2003-2016. The model calibrated by SWAT-CUP and SUFI-2 Algorithm for period from 2005 to 2011 and validated for 2012 to 2014 using monthly river discharges data and simulated crop yield (wheat, barley, sugarbeet, grap,walnut and apple) compared well with existind data. Future climate scenarios for periods of 2020-2040 were generated from the HadCM3 for A1B, B1 and A2 scenarios Which were downscaled by LARS-WG model. The hydrologyc model was then applied to these periods to analyze the effect of future climate on precipitation, blue water and green water across the watershed for future scenarios. We found that,annual rainfall, blue water and greenwater will increase of 49.1%, 72.1% and 41.3% in the A1B scenario, 48.3%, 69.4% and 41.5% in the A2 scenario and 45.2%, 62.3%, 39.5% in the B1 scenario. In general the region will experience increase in peak of runoff considerably and dry period in warm seasons. Also, we were linked Particle Swarm Optimization algorithm and SWAT model. We were analyzed two different problems in seimareh basin for receive to optimal percent of agriculture and garden crops by maximizing the total benefit and available water resources in subbasin scale.In first problem, we were maximized total benefit and were minimized rate of evapotranspiration and sum of soil water and blue water. In second problem, total benefit and blue water use were maximized. total benefit and Results of first problem show that increase of walnut and sugar beet area lead to more total benefit and less available water resource. Also less total benefit and more available water resource caused by increase of apple and barley area. Second problem optimized solution indicate that about 10-12 percent of blue water resource in basin are used for irrigation. We think, This is due to of low agricultural land in basin and small percent of this lands on down stream of seimareh reservoir. Keywords: Water Footprint, Green Water, Blue Water, Climate Change, Crop Pattern Optimization, SWAT, PSO, LARS-WG.