حامد حامد حریری؛ سیدعباس حسینی؛ امیر خسروجردی
چکیده
مقدمه
پیش‌بینی تغییرات فرایندهای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز، ناشی از پدیده تغییر اقلیم و پیامدهای احتمالی آن، کمک موثری به رفع چالش‌های فراروی مدیران و برنامه‌ریزان منابع آب در دوره‌های آتی می‌کند. اثرات پدیده تغییر اقلیم و بندهای گابیونی به‌صورت همزمان، بر مقدار رسوب خارج شده حوضه دهبار تا کنون بررسی نشده است. لذا، بررسی ...
بیشتر
مقدمه
پیش‌بینی تغییرات فرایندهای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز، ناشی از پدیده تغییر اقلیم و پیامدهای احتمالی آن، کمک موثری به رفع چالش‌های فراروی مدیران و برنامه‌ریزان منابع آب در دوره‌های آتی می‌کند. اثرات پدیده تغییر اقلیم و بندهای گابیونی به‌صورت همزمان، بر مقدار رسوب خارج شده حوضه دهبار تا کنون بررسی نشده است. لذا، بررسی آن با چشم‌انداز 30 سال آینده و با استفاده از مدل‌های SWAT و LARS-WG و ارزیابی توانایی این دو مدل در شبیه‌سازی تغییر اقلیم و حذف بندهای گابیونی، هدف اصلی این پژوهش است.
مواد و روش‌ها
در این پژوهش، عملکرد بندهای گابیونی به‌صورت مخزن در حوضه دهبار در 10 کیلومتری غرب مشهد و در جنوب شهر طرقبه که دارای اقلیم نیمه‌خشک سرد است، نسبت به میزان رسوب خروجی از حوضه برای 30 سال آینده با کمک مدل آماری LARS-WG و مدل شبیه‌ساز هیدرولوژیکی SWAT، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این حوضه، پنج بند گابیونی وجود دارد. برای پیش‌بینی متغیرهای هواشناسی دوره آتی در سطح حوزه آبخیز دهبار، پس از واسنجی مدل LARS-WG از مدل HadGEM2 و سه سناریوی RCP8.5، RCP4.5 و RCP2.6 برای ریزمقیاس‌سازی داده‌های هواشناسی در دوره 2050-2020 استفاده شد. برای بررسی عملکرد نتایج شبیه‌سازی در این مدل، از آزمون‌های آماری کولموگروف اسمیرنوف (K-S)، t و F استفاده شد. برای آماده‌سازی و اجرای مدل SWAT، از نقشه و اطلاعات مدل رقومی ارتفاع، خاک، کاربری اراضی، داده‌های هیدرولوژیک و هواشناسی و از مخزن، برای معرفی بندهای گابیونی به مدل استفاده شد. به‌منظور تحلیل حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، از الگوریتم نیمه‌خودکار SUFI-2 استفاده شد.
نتایج و بحث
مقادیر میانگین بارش شبیه‌سازی شده، انطباق خوبی با مقادیر مشاهداتی داشتند و بیشترین اختلاف مربوط به ماه‌های فوریه و آوریل بود. در خصوص مقادیر انحراف معیار بارش‌های ماهانه نیز بیشترین اختلاف به ماه‌های فوریه و مارس تعلق داشت. میانگین دمای کمینه شبیه‌سازی 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 فوق‌الذکر هیچ اختلاف معنیداری بین میانگین داده‌های دما و بارش تولید شده و داده‌های مشاهداتی وجود نداشت و مدل LARS-WG به خوبی توانست میانگین‌های دما و بارش را شبیه‌سازی کند. بارش ماهانه در تمامی سناریوها (RCP8.5، RCP4.5 و RCP2.6) در افق 2050 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 2050 دما به‌طور متوسط نسبت به دوره پایه افزایش یافت. برای ترسیم منحنی سنجه رسوب از روش متوسط دسته‌ها با ضریب FAO اصلاح شده استفاده شد. مقدار رسوب مشاهدهای 2.14 تن در هکتار در سال، برای هر هکتار محاسبه شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، در ابتدا با استفاده از نرم‌افزار CUP_ SWAT پارامترهایی که تاثیر بیشتری بر دبی و رسوب خروجی از حوضه داشتند، مشخص شدند. به‌منظور تحلیل حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، از الگوریتم نیمه خودکار SUFI-2 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 نشان‌دهنده کاهش بارندگی، افزایش دما و کاهش رواناب در افق 2050 است. تغییرات رسوب برای دو سناریوی RCP4.5 و RCP2.6 به‌ترتیب، 9.3+ و 3.1+ درصد و برای سناریوی RCP8.5 برابر 4.6- درصد است. بندهای گابیونی به‌طور متوسط، 57.09 درصد خروج رسوب از حوضه را کاهش می‌دهند.
نتیجه‌گیری
در این پژوهش، اثرات تغییر اقلیم بر رسوب خروجی از حوضه دهبار در دوره 2020 تا 2050 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 2050-2020 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 شبیه‌سازی فرایندهای هیدرولوژیکی و رسوب در حوزه‌های 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، نشان‌دهنده بارش‌های کوتاه مدت با شدت زیاد بوده است که باعث افزایش شرایط سیلابی می‌شود. از تغییرات میزان فرسایش و رسوب در افق 2050 و با سناریوهای متفاوت می‌توان نتیجه گرفت که تغییر اقلیم بر فرسایش حوضه در آینده تاثیرگذار است و مدل شبیه‌سازی میتواند در پیش‌بینی فرسایش‌پذیری کارایی داشته باشد. لذا، نتایج به‌دست آمده از مدل SWAT امکان توصیه کاربرد آن را در منطقه فراهم می‌کند.
احسان حاجی بابایی؛ سیدعباس حسینی؛ مجتبی صانعی
چکیده
حرکت بار بستر نقش مهمی در انتقال رسوب و خصوصیات ریخت‌شناسی رودخانه‌ها دارد. شیب، دبی جریان و اندازه ذرات از جمله پارامترهای مهم در میزان انتقال بار بستر در بسترهای فرسایش‌پذیر هستند. تا کنون، مطالعات گسترده‌ای در خصوص تاثیر این پارامترها در بسترهای غیر فرسایشی انجام شده است. در این پژوهش، با انجام مدل آزمایشگاهی در بسترهای فرسایش‌پذیر، ...
بیشتر
حرکت بار بستر نقش مهمی در انتقال رسوب و خصوصیات ریخت‌شناسی رودخانه‌ها دارد. شیب، دبی جریان و اندازه ذرات از جمله پارامترهای مهم در میزان انتقال بار بستر در بسترهای فرسایش‌پذیر هستند. تا کنون، مطالعات گسترده‌ای در خصوص تاثیر این پارامترها در بسترهای غیر فرسایشی انجام شده است. در این پژوهش، با انجام مدل آزمایشگاهی در بسترهای فرسایش‌پذیر، تاثیر پارامترهای شیب، دبی جریان، اندازه ذرات و غلظت ذرات معلق بر میزان انتقال بار بستر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در دبی‌های 0.90 تا 4.75 لیتر در ثانیه با غلظت ذرات معلق صفر و 10 گرم در لیتر و شیب‌های دو، سه و پنج درصد بر روی بار بستر از ذرات غیر چسبنده یکنواخت با دانه‌بندی با قطرهای متوسط 1.7 و 3.29 میلی‌متر انجام و عدد فرود حاصل از 0.93 تا 1.51 و دبی بی بعد بار بستر در محدوده 0.004 تا 0.311 به‌دست آمد. در نتایج آزمایشگاهی، نحوه تغییرات ظرفیت انتقال بار بستر نسبت به دبی جریان در شیب‌ها و دانه‌بندی‌های مختلف نشان داده شد. همچنین، با افزایش غلظت ذرات معلق به میزان 10 گرم بر لیتر تاثیر قابل توجه‌ای در ظرفیت انتقال بار بستر مشاهده نشد. با انجام تحلیل ابعادی، پارامترهای تاثیرگذار بر دبی بی‌بعد بار بستر(ϕ) بررسی و رابطه‌ای تجربی در محدوده انجام آزمایش برای تعیین آن نسبت به تنش برشی بی‌بعد (θ)، اندازه بی‌بعد ذرات (D*) و شیب (S) ارائه شد. نتایج حاکی از آن بود که در بسترهای فرسایشی در شیب‌های تند، در نظر گرفتن شیب و اندازه بی‌بعد ذرات به‌صورت پارامترهای مستقل در تعیین دبی بی‌بعد بار بستر نتیجه بهتری نسبت به اصلاح تنش برشی دارد. تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر رابطه تجربی نشان داد که پارامتر شیب بیشترین تاثیر را در رابطه تجربی دارد.
