نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده محیط زیست و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشیار پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

3 استاد، دانشکده منابع طبیعی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

4 استادیار، گروه جنگل، مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

5 استاد بازنشسته، دانشکده منابع طبیعی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

10.22092/ijwmse.2022.353543.1880

چکیده

این پژوهش، با استفاده از گزارش هیات بین‌الدول تغییر اقلیم سازمان ملل، به بررسی تاثیر پدیده تغییر اقلیم بر روی نوسانات آب سطحی و زیرزمینی دشت برخوار میمه اصفهان، پرداخته است. به‌منظور، مدل‌سازی هدایت هیدرولیکی در حالت ماندگار و آب‌دهی ویژه در حالت غیرماندگار واسنجی شد. برآورد بارندگی و دما در منطقه نیز با استفاده از خروجی مدل HadCm3 از طریق مدل ریزمقیاس‌نمایی Lars-WG برای موقعیت ایستگاه میمه، تحت دو سناریوی A2 و A1B شبیه‌سازی شد. از دو آزمون تحلیل روند ناپارامتریک تخمین‌گر شیب سن و من­کندال، برای آشکارسازی روند سطح ایستابی آب‌های زیرزمینی دشت برخوار میمه اصفهان طی دوره آماری 1398-1370 بر اساس آمار سطح ایستابی 19 چاه مشاهداتی استفاده شد. با استفاده از ماتریس همبستگی پیرسون، همبستگی بین عناصر اقلیمی (ایستگاه میمه) دما، بارش و تبخیر و تعرق پتانسیل (تورنت وایت) با سطح ایستابی دشت برخوار محاسبه شد و بر اساس آن یک مدل رگرسیونی چندمتغیره برای مدل کردن سری زمانی سالانه سطح ایستابی، در سطح اطمینان 0.95 توسعه داده شد. سطح ایستابی آب دشت برخوار به­‌وسیله فاکتورهای اقلیمی دوره 2099-2080 و بر اساس مدل رگرسیون توسعه داده شده، شبیه­‌سازی شد. نتایج بیانگر آن بود که نسبت به دوره پایه، سطح ایستابی آب منطقه با شیب سالانه نزدیک به نیم‌متر در سال، روند کاهشی داشته است. آنالیز همبستگی بیانگر آن بود که سه عنصر اقلیمی بارش، دما و تبخیر و تعرق در یک ترکیب خطی 0.75 از تغییرات سالانه آب زیرزمینی دشت را مدل‌سازی کرده‌­اند. نتایج مدل ریزمقیاس‌نمایی اجرا­شده روی داده‌های مدل‌های گردش عمومی جو، بیانگر آن بود که در دوره 2080-2099 تحت هر دو سناریو، سطح آب زیرزمینی منطقه، بین 15 تا 17 متر نسبت به دوره پایه افت خواهد داشت که ناشی از افزایش تبخیر و تعرق و به تبع آن کاهش بارش موثر خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessing climate change impacts on groundwater fluctuation in Borkhar Plain, Isfahan

نویسندگان [English]

  • Babak Homayunpur 1
  • Massoud Goodarzi 2
  • Qolamreza Zehtabian 3
  • Baharak Motamedvaziri 4
  • Hassan Ahmadi 5

1 PhD student, Watershed Management Engineering, Faculty of Environment and Natural resources, Islamic Azad university, Science and Research Branch, Tehran, Iran

2 Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute(SCWMRI), AREEO, Tehran, Iran,

3 Professor, Faculty of Natural Resources, Tehran University

4 Assistant Professor,, Department of Forest, Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University,Tehran, Iran

5 Retired Professor, Faculty of Natural Resources, Tehran University

چکیده [English]

Nowadays, global climate change has been observed which had an impact on both surface and groundwater resources management. The main objective of this research is change detection of groundwater fluctuation caused by climate change in Borkhar Plain, Isfahan Province. In this way, both Mann-Kendal and Sen’s slope non-parametric analysis were used using 19 piezometric wells data for the period of 1991-2019. Pearson correlation matrix along with correlation between climatic elements including temperature, precipitation and evapotranspiration (Thornwhite) with water table levels were determined. Based on this, a multivariate regression model was developed to model the annual time series at a confidence level of 0.95. Climatic factors of 2080-2099 period were simulated using the output of HadCM3 model through Lars-WG downscaling model for Maymeh Station under two scenarios A2 and A1B and based on the developed regression model, the water level of Borkhar Plain was simulated. The results showed that in the base period, the water table in the study area has been decreased with an annual slope of 47 cm per year. Correlation analysis showed that the three climatic elements of precipitation, temperature and evapotranspiration in a linear composition modeled 0.75 of the annual groundwater changes in the plain. The results of the exponential microscale model implemented on HadCM3 data showed that in the period 2080-2099 under both scenarios, the groundwater level of the region will decrease between 15 to 17 meters compared to the base period.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Evapotranspiration
  • Maymeh
  • Precipitation
  • Trend analysis
  • Water table
  1. Rezaee Zaman, M., S. Morid and M. Delavar. 2013. Assessment of climate change impacts on hydroclimatic variables in Siminehrud Basin. Journal of Water and Soil, 27(6): 1247-1259.
  2. Jalili, Kh., H. Moradi and O. Bozorg Hadad. 2016. Study on climate change impacts on ground water resources in Eslamabad Plain in order to level allocation optimization. Journal of Desert Ecosystem Engineering, 11(5): 117-131.
  3. Mohamadi Qalenei, M., K. Ebrahimi and Sh. Araqinejad. 2012. Assessing climatic factors impacts on groundwater resources deficit, a case study on Saveh Plain. Journal of Water and Soil Conservation, 19(4):189-203.
  4. IPCC. 2007. The physical science basis. Contribution of Working Group 1 to the 4th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK, New York, USA, 10 Pages.
  5. Sen, P. 1966. Estimate of the regression coefficients based on Kendall's Tau. Journal of the American Statistical Association, 63: 1379-1389.
  6. Rahmani, M., M. Jami Alahmadi, A. Shahidi and M. Hadizade Azghadi. 2015. Effects of climate change on length of growth stages and water requirment of wheat and barley, case study: Cirjand Plain. Journal of Agriculture, 7(4):1-16.
  7. Mann, H. 1945. Nonparametric tests against trend. Econometrica, 13: 245-259.
  8. Kendall, M. 1975. Rank correlation methods. Charles Griffin, London, 272 pages.
  9. Chen H., C.Y. Xu and S. Guo. 2012. Comparison and evaluation of multiple GCMs,
    statistical downscaling and hydrological models in the study of climate change impacts on
    runoff. Journal of Hydrology, 434–435: 36-45.
  10. Artlert, K., C. Chaleeraktrakoon and V.T.V. Nguyen. 2013. Modeling and analysis of rainfall processes in the context of climate change for Mekong, Chi, and Mun River Basins (Thailand). Journal of Hydro-Environment Research, 7(1): 2-17
  11. Sefenler, A., W. Gossel and P. Wycisk. 2015. Groundwater management options in an arid environment: The Nubian Sandstone Aquifer System, Eastern Sahara. Journal of Arid Environments, 122: 46-58.
  12. Shrestha, S., T.V. Bach and V.P. Pandey. 2016. Climate change impacts on groundwater resources in Mekong Delta under representative concentration pathways (RCPs) scenarios. Environmental Science and Policy, 61: 1–13

13. Rezaei Banafsheh, M., T. Jalali Ansaroodi, M. Zarghami and A. Asghari Moghaddam. 2015. Investigate of climate change impacts on groundwater level in Tasuj Basin by statistical downscaling method. Iran-Water Resources Research, 11: 106-116.

14. Goodarzi, M. and F. Mortazavizadeh. 2020. Assessing climate change impacts on groundwater fluctuations using RCP scenarios. Journal of Ecohydrology, 7(3): 801-814.

15. Goodarzi, M., S.A. Hosseini and E. Mesgari. 2015. Climate models. Azar Kelk Publications, Zanja,. Iran, 271 pages.

16. Goodarzi, M., B. Shirohammadi and Z. Nejati Jahromi. 2018. Modeling with GMS. Salam Sepahan and Miras Kohan Publishing Center, Isfahan, Iran, 120 pages.

17. Leong Tan, M., A.B. LatifIbrahim, Z. Yusop, V. Chua and N. WengChan. 2017. Climate change impacts under CMIP5 RCP scenarios on water resources of the Kelantan River Basin, Malaysia. Atmospheric Research, 189: 1-10.

18. Lotfi, M., G.A. Kamali, A.H. Meshkatee and V.Varshavian. 2020. Study on the impact of climate change on evapotranspiration in west of Iran. Arab Journal Geosciences, 13(722): 1-13.

19. Dracup, J.A. and S. Vicuna. 2007. An overview of hydrology and water resources studies on climate change, the California experience. World Water and Environmental Resources Congress, Alaska, United States..

20. Taei Semiromi, S., H. Moradi and M. Khodagholi. 2013. Evaluation change in Nayshabour Bar River flow under differents climate change scenarios. Human and Environment, 12(2): 1-19.

21. Poormohamadi, S., M.T. Dastorani, H. Jafari, M.O.H. Rahimian, M. Goodarzi, Z. Mesmarian and F. Baqeri. 2015. Investigation of groundwater balance in Tuserkan Plain of Hmaedan using MODFLOW. Iranian Journal of Ecohydrology, 2(4): 371-382.

22. Ghafari, S., H. Moradi and R. Modares. 2018. Comparison of temporal and spatial changes of groundwater level in Isfahan-Borkhar, Najafabad and Chadegan plains. Physical Geography Research Quarterly, 50(1): 141-160.

23. Alavinia, S.H. and M. Zarei. 2022. Climate change trends analysis using by extreme indices of long-term rainfall and temperature in southeast of Iran. Regional Planning, 11(44): 119-134.

24. Choubin, B., F. Sajedi-Hosseini, A. Azareh and F. Soleimani-Sardoo. 2016. Assessment of climate change at 2055 horizon on groundwater resources in Kerman-Baghin Plain. Desert Management, 4(7): 1-11.

25. Zareian, M.J., S.S. Eslamian and H.R. Safavi. 2016. Investigating the effects of sustainability of climate change on the agriculture water consumption in the Zayandeh-Rud River Basin. Journal of Water and Soil Science,78(20): 113-128.

26. Kouhestani, N., M. Meftah Halghi, A.A. Dehghani and M.E. Yakhkeshi. 2009. A review on consumption management of surface and groundwater resources. Proceedings of 2nd National Conference of Water, Behbahan, Iran.

27. Karamouz, M., A. Abolpour and S. Nazif. 2011. Assessment of climate change impacts on groundwater resources: a case study in Rafsanjan Plain. Proceedings of 4th Conferences on Water Resources Management, Tehran, Iran.

28. Shahnourian, M.M., M. Hesam, Kh. Ghorbani and M. Zakerinia. 2012. Prediction of seasonal changes of climatic parameters in future two decades downscaling Hadcm3, a case study: Gorgan synoptic station. Proceedings of 3rd National Conference on Comprehensive Water Resources Management, Sari, Iran.

29. Ferreira, R.N., M.R. Nissenbaum and T.M. Rickenbach. 2018. Climate change effects on summertime precipitation organization in the southeast United States. Atmospheric Research, 214: 348-363.

30. Pulido-Velazquez, M., S. Peña-Haro, A. García-Prats, A.F. Mocholi-Almudever, L. Henríquez-Dole, H. Macian-Sorribes and A. Lopez-Nicolas. 2015. Integrated assessment of the impact of climate and land use changes on groundwater quantity and quality in the Mancha Oriental System (Spain). Hydrology and Earth System Sciences, 19(4): 1677-1693.

31. Kidmose, J., J.C. Refsgaard, L. Troldborg, L.P. Seaby and M.M. Escrivà. 2013. Climate change impact on groundwater levels: ensemble modelling of extreme values. Hydrology and Earth System Sciences, 17(4): 1619-1634.

32. Forouzandeh Shahraki, I. 2013. Assessing climate chaange impacts on groundwater resources, a case study in Ardabil Plain. MSc Thesis, University of Tabriz, 149 pages.