| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شمارهها | 3,196 |
| تعداد مقالات | 35,423 |
| تعداد مشاهده مقاله | 52,250,922 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 91,782,346 |
پیشبینی اثر تغییر اقلیم بر فرسایندگی باران در آبخیز تالار استان مازندران، ایران | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقاله 6، دوره 38، شماره 1 - شماره پیاپی 146، فروردین 1404، صفحه 78-95 اصل مقاله (1.86 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2024.366200.1588 | ||
| نویسندگان | ||
| شمیم احمدی1؛ عطااله کاویان* 2؛ کریم سلیمانی2؛ کاکا شاهدی2؛ عبدالواحد خالدی درویشان3 | ||
| 1دانشجوی دکتری آبخیزداری، گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابعطبیعی ساری | ||
| 2استاد گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابعطبیعی ساری | ||
| 3دانشیار گروه آبخیزداری، دانشکدة منابعطبیعی دانشگاه تربیتمدرس نور | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف تغییرات اقلیمی یکی از چالشهای بزرگ زیستمحیطی است که تأثیرات گستردهای بر فرایندهای طبیعی و انسانی دارد. این تغییرات میتوانند چرخههای هیدرولوژیکی را تحت تأثیر قرار داده و موجب تغییر در الگوی بارش و فرسایش خاک شوند. افزایش دما و تغییرات در میزان و شدت بارشها میتواند تأثیرات مخربی بر پایداری منابع آب و خاک داشته باشد. کاهش بارش در برخی مناطق و افزایش آن در نواحی دیگر منجر به تغییر در توزیع مکانی و زمانی رواناب خواهد شد که میتواند بر ظرفیت ذخیرهسازی آبهای سطحی و زیرزمینی تأثیر بگذارد. با توجه به اهمیت مدیریت منابع طبیعی و پیشبینی پیامدهای تغییرات اقلیمی در این پژوهش، تأثیر تغییرات اقلیمی بر بارندگی و فرسایندگی باران در آبخیز تالار بررسی شد. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی اثرات سه سناریوی اقلیمی SSP1-2.6، SSP2-4.5 و SSP5-8.5 بر بارش و فرسایندگی باران در آیندة نزدیک سال 1425 بود. با پیشبینی تغییرات اقلیمی آیندة نزدیک سال 1425، میتوان برای اثرات کوتاهمدت آن مانند کمبود آب، خشکسالی و سیلاب آماده شد و برنامهریزیهای لازم در زمینة مدیریت منابع آب و خاک، کشاورزی، زیرساختها و توسعه اقدامات مناسب برای سازگاری با تغییرات اقلیمی را انجام داد. همچنین، بررسی تغییرات اقلیمی به سیاستگذاران کمک خواهد کرد تا در طراحی و اجرای برنامههای بلندمدت توسعه پایدار تصمیمات مؤثرتری اتخاذ کنند. مواد و روشها روششناسی این پژوهش شامل استفاده از دادههای بارش پنج ایستگاه (قراخیل، شیرگاه، پل سفید، سنگده، آلاشت) در منطقة مطالعهشده در بازة زمانی 1985 تا 2014 بود. سپس، بارش آیندة نزدیک با استفاده از دادههای مدلهای اقلیمی CMIP6 شاملMIROC6، ACCESS_CM2، CAN5 و CNRM_CM6 و نرمافزار ریزمقیاس نمایی CMHYD شبیهسازی شد. انتخاب بهترین مدل برای ریزمقیاسنمایی بارش، بر اساس مقایسه نتایج مدلهای مختلف با دادههای مشاهداتی انجام شد. بهمنظور ارزیابی و مقایسة مدلهای شبیهسازی، از معیارهای میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین (R2)، ضریب نش-ساتکلیف (NSE) و همبستگی (R) و منحنی تیلور استفاده شد. بر اساس نتایج، بهترین عملکرد در شبیهسازی بارش و فرسایندگی باران آبخیز تالار مربوط به مدل MIROC6 با روش LI بود. شاخص فرسایندگی باران (R) برای دوره پایه و آینده محاسبه و تغییرات آن در سناریوهای مختلف بررسی گردید. علاوه بر این، برای تحلیل تغییرات مکانی و زمانی بارندگی و فرسایندگی باران از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) استفاده شد. این تحلیلها کمک کردند تا نواحی آسیبپذیر شناسایی شده و در برنامهریزیهای مدیریتی مورد توجه قرار گیرند. نتایج و بحث نتایج نشان داد که تغییرات بارندگی تحت تأثیر تغییر اقلیم در سناریوهای گوناگون متفاوت است. یافته های پژوهش بیانگر آن بود که در آیندة در سناریوی خوشبینانه SSP1-2.6، با افزایش 43% بارش، فرسایندگی باران نیز 89/16% افزایش یافت. این افزایش میتواند در دورههای خشک و تر تأثیرات متفاوتی بر فرسایش خاک داشته باشد، بهگونهای که در دورههای مرطوب باعث افزایش فرسایش خاک شده و در دورههای خشک موجب تغییر در الگوی رواناب میشود. در سناریوهای متوسط SSP2-4.5 و بدبینانه SSP5-8.5، با کاهش بارش بهترتیب 38/6 و 1/28%، فرسایندگی باران نیز بهترتیب 37/9 و 10/8% کاهش یافت. نتایج تحلیل مکانی نشان داد در بخشهایی از آبخیز که شامل کاربریهای جنگل و مرتع بودند، بارش و فرسایندگی باران کاهش یافت. همچنین، در مناطق مسکونی مانند پل سفید، افزایش ساخت و ساز و ایجاد سطوح نفوذناپذیر سبب کاهش پوشش گیاهی و افزایش آسیبپذیری در برابر بارشهای شدید شد. در مناطق مانند شیرگاه، با افزایش بارش و فرسایندگی باران، خطر زمینلغزشها و فرسایش در ترانشههای جادهای افزایش یافت. این تغییرات میتواند تأثیرات قابلتوجهی بر فرسایش خاک و مدیریت منابع آب در منطقه داشته باشد. در این راستا، لزوم توجه به اقدامات حفاظتی و پایش مستمر تغییرات اقلیمی در منطقه تأکید میشود. نتیجهگیری و پیشنهادها یافتههای این پژوهش نشان داد که تغییرات اقلیمی تأثیرات جدی بر منابعطبیعی و معیشت ساکنان آبخیز تالار دارند. ازاینرو، اقدامات بیدرنگ در راستای مدیریت پایدار منابع آب و خاک، برای سازگاری با این تغییرات لازم و ضروری است. این اقدامات شامل نظارت بر تعداد دام ورودی به مراتع، حفاظت از پوشش گیاهی و کشت گیاهان مقاوم به فرسایش و توسعه روشهای آبخیزداری است. همچنین برای کاهش آسیبهای ناشی از بارشهای شدید، استفاده از پوششهای گیاهی مناسب در مناطق مستعد فرسایش، پایش تغییرات پوشش گیاهی و بهکارگیری روشهای مهار فرسایش در آبخیزها مورد توجه قرار گیرد. سیاستگذاران و مدیران منابعطبیعی میتوانند از نتایج این پژوهش در تصمیمگیریهای مناسب برای کاهش اثرات منفی تغییرات اقلیمی و بهبود مدیریت منابع آب و خاک استفاده کنند. افزون بر این، برای توسعة پژوهشهای بیشتر و برنامهریزیهای راهبردی در زمینة مدیریت آبخیزها میتوان از دادههای پیشبینیشدة فرسایش باران آینده از این پژوهش استفاده کرد. به علاوه بررسی تغییرات شدت بارندگی و تأثیر آن بر فرسایش خاک در پژوهشهای آینده توصیه میگردد. همچنین، انجام مطالعات میدانی و استفاده از مدلهای عددی پیشرفته میتواند در بهبود دقت پیشبینیها و تدوین راهکارهای مناسب برای مدیریت تغییرات اقلیمی مفید باشد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| cmhyd؛ بارش؛ تغییرات اقلیمی؛ گزارش ششم | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Predicting the Effect of Climate Change on Rainfall Erosivity in the Talar Watershed of Mazandaran Province, Iran | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Shamim Ahmadi1؛ Ataollah Kavian2؛ Karim Soleimani2؛ Kaka Shahidi2؛ Abdulvahed Khaledi Darvishan3 | ||
| 1Ph.D. Student in Watershed Management, Department of Watershed Management, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari | ||
| 2Professor, Department of Watershed Management, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari | ||
| 3Associate Professor, Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Climate change is one of the major environmental challenges, with extensive impacts on both natural and human processes. These changes can affect hydrological cycles, leading to alterations in rainfall patterns and soil erosion. Rising temperatures and variations in the amount and intensity of precipitation may have detrimental effects on the stability of water and soil resources. Decrease in precipitation in some areas and an increase in others will alter the spatial and temporal distribution of runoff, which can impact the storage capacity of surface and groundwater resources. Given the importance of natural resource management and the need to predict the consequences of climate change, This study investigates the effects of climate change on precipitation and rainfall erosivity in the Talar watershed. The main objective of the present research is to evaluate the effects of three climate scenarios SSP1-2.6, SSP2-4.5, and SSP5-8.5 on precipitation and rainfall erosivity in the near future year 2046. By forecasting climate change in the near future 2046, we can prepare for its short-term impacts, such as water scarcity, droughts, and floods, and to carry out necessary planning in this areas of water and soil resource management, agriculture, and infrastructure development of appropriate measures for adapting to climate change. Additionally, the analysis of climatic changes will assist policymakers in making more effective decisions when designing and implementing long-term sustainable development programs. Materials and Methods The methodology of this research includes using precipitation data from five stations (Qharakhil, Sang Deh, Shirgah, Pol Sefid, and Alasht) in the study area for the period 1985–2014.Subsequently, near-future precipitation was simulated using climate model data from CMIP6, including MIROC6, ACCESS_CM2, CAN5, and CNRM_CM6, along with the CMHYD downscaling software. The selection of the best model for downscaling precipitation was based on a comparison of the results from various models with observational data. Metrics such as Root Mean Square Error (RMSE), coefficient of determination (R²), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), Pearson correlation coefficient (R), and Taylor diagram were used to evaluate and compare the simulation models. The results indicate that the MIROC6 model with the LI method has the best performance in simulating precipitation and rainfall erosivity in the Talar watershed. The Rain Erosivity Index (R) was calculated for both the baseline and future periods, and its variations under different scenarios were examined. Additionally, Geographic Information Systems (GIS) were utilized to analyze the spatial and temporal changes in rainfall and rainfall erosivity. These analyses helped identify vulnerable regions, which were subsequently considered in management planning. Results and Discussion The results indicated that rainfall variations under the influence of climate change differ across various scenarios. The research findings suggest that in the future, under the optimistic SSP1-2.6 scenario, a 43% increase in precipitation leads to a 16.89% increase in rainfall erosivity. This increase could have different effects on soil erosion during dry and wet periods. Specifically, in wet periods, it leads to increased soil erosion, while in dry periods, it alters the runoff pattern. In the moderate SSP2-4.5 and pessimistic SSP5-8.5 scenarios, precipitation decreases by 38.6% and 1.28%, respectively, resulting in corresponding reductions of 37.9% and 10.8% in rainfall erosivity. The results of spatial analysis reveals that reduced precipitation and rainfall erosivity in forested and rangeland areas. Additionally, in residential areas like Pol Sefid, increased construction and the creation of impervious surfaces lead to reduced vegetation cover and increased vulnerability to intense rainfall. In areas like Shirgah, increased precipitation and rainfall erosivity could elevate the risk of landslides and erosion in road trenches. These changes can have significant impacts on soil erosion and water resource management in the region. In this regard, the necessity of adopting protective measures and continuously monitoring climate variations in the area is emphasized. Conclusion and Suggestions Overall, the findings highlight that climate change can significantly impact natural resources and livelihoods in the Talar watershed. Urgent actions, including the sustainable management of water and soil resources, are necessary for adaptation to these changes. Such actions involve monitoring livestock grazing in pastures, protecting vegetation cover, and cultivating erosion-resistant plants and developing watershed management techniques. It is also recommended to mitigate the damages caused by intense rainfall by employing appropriate vegetation cover in erosion-prone areas, monitoring vegetation cover changes, and implementing erosion control measures in watersheds. The outcomes of this research can assist policymakers and natural resource managers in making informed decisions to mitigate the adverse effects of climate change and improve the management of water and soil resources. Additionally, projected data on the future erosion by rainfall can be used for the further research development and strategic planning in watershed management. Furthermore, it is recommended that future research examine changes in rainfall intensity and their impact on soil erosion. Additionally, conducting field studies and utilizing advanced numerical models can enhance the accuracy of predictions and contribute to the development of effective strategies for climate change management. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Climate Change, Cmhyd, cmip6, precipitation | ||
| مراجع | ||
|
Ahmadi H, Javadi M, SalavatiA. 2014. Zonation of rainfall erosivity strength using fournier method and some interpolation techniques (Case study: Ghazvin Province). Natural Ecosystems of Iran. 5(2): 1–14. (In Persian). https://sid.ir/paper/215292/fa Arabkhedri M, Asadi H, Eslami F, Gerami Z, Vazifehdoost M. 2020. Application of vegetation cover seasonality. temporal variation of rainfall erosivity and sediment yield for land utilization planning. Journal of Water and Soil Conservation. 27(5): 217–232. (In Persian). https://doi.org/10.22069/jwsc.2021.18005.3362 Azimi Sardari MR, Bazrafshan O, Panagopoulos T, Sardooi ER. 2019. Modeling the impact of climate change and land use change scenarios on soil erosion at the minab dam watershed. Sustainability. 11(12): 3353. https://doi.org/10.3390/su11123353 Babaeian I, Modirian R, Khazanedari L, Karimian M, Kouzegaran S, Kouhi M, Falamarzi Y, Malbusi S. 2023. Projection of iran’s precipitation in 21st century using downscaling of selected cmip6 models by cmhyd. Journal of the Earth and Space Physics. 49(2): 431–449. (In Persian). https://doi.org/10.22059/jesphys.2023.332410.1007436 Babaeian I, Najafinik Z, Zabol Abbasi F, Adab H, Malbousi Sh. 2010. Climate change assessment over iran during 2010-2039 by using statistical downscaling of echo- g model. Journal of Geography and Development. 7(16): 135–152.(InPersian). https://doi.org/10.22111/gdij.2009.1179 Babu R, Dhyani B, Kumar NK. 2004. Assessment of erodibility status and refined iso-erodent map of Indian. Journal of Soil Conservation. 32(3): 171–177. Benavidez R, Jackson B, Maxwell D, Norton K. 2018. A review of the (revised) universal soil loss equation (rusle) with a view to increasing its global applicability and improving soil loss estimates. Hydrology and Earth System Sciences. 22(11): 6059– 6086. https://doi.org/10.5194/hess-22-6059-2018 Doulabian S, Golian S, Toosi AS, Murphy C. 2020. Evaluating the effects of climate change on precipitation and temperature for iran using rcp scenarios. Journal of Water and Climate Change. 12(1):166–184. https://doi.org/10.2166/wcc.2020.114 Eslami H. 2020. Evaluation of spatio-temporal variations of rainfall erosivity index using cokriging method in Khouzestan province. Water Engineering. 8(3): 2228–5784. (In Persian). https://jwe.shoushtar.iau.ir/article_686786.html Fallah Kalaki M, Shokri Kuchak V, Ramezani Etedali H. 2021. Simulating the effects of climate change on runoff using the cmip5 and cmip6 climate models by swat hydrological model (Case study: Tashk-bakhtegan Basin). Iran-Water Resources Research. 17(3): 345–359. (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.17352347.1400.17.3.20.5 Ghane MR, Motevalli S, Janbaz Ghobadi GR, Kouhi M. 2023. Evaluation of the ability of three statistical methods to downscale the output of temperature and precipitation of cmip6 models in the kashfrud basin. Journal of Climate Research, 1402(53): 117–132. (In Persian). Gholami A, Shahedi K, Habibneghad M, Vafakhah M, Solymani K. 2017. Forecasting and comparison of future climate change by using of GCM Models under different scenarios in Talar Watershed of Mazandaran Province. Journal of Range and Watershed Management, 70(1): 181–196.(InPersian). https://doi.org/10.22059/jrwm.2017.61975 Haji K, Khaledi Darvishan A, Mostafazadeh R. 2023. Spatiotemporal variations of the rainfall erosivity with considering snow cover correction coefficient in the iranian part of the Caspian Sea Basin. Watershed Management Research. 36(3): 70-89. (In Persian). Hong J, Javan K, Shin Y, Park JS. 2021. Future projections and uncertainty assessment of precipitation extremes in iran from the Cmip6 ensemble. Atmosphere. 12(8): 1052. https://doi.org/10.3390/atmos12081052 Hosseini M, Jafari H, Solari F. 2011. Determination of organochlorine pesticides in river waters in talaar and tajan rivers. Regional Water Company Mazandaran. pp. 122–126. (In Persian). https://doi.org/10.22092/wmrj.2023.359311.1484 IPCC- Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014. AR5 Synthesis report: Climate change 2014 IPCC. Contribution of working groups i, ii and iii to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change [Core Writing Team, Pachauri R.K, and Meyer L.A, (eds.)]. Geneva Switzerland. 151 p. https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/ Jain MK, DAS D. 2010. Estimation of sediment yield and areas of soil erosion and deposition for watershed prioritization using gis and remote sensing. Water Resources Management.24(10):2091–2112. https://doi.org/10.1007/s11269-009-9540-0 Jia L, ZhanBin L, GoCe X, ZongPing R, Peng L, Ting cheng Yu, YiXin Z, Bin W, JiaXin Z, Shu Y. 2020. Dynamic change of vegetation and its response to climate and t opographic factors in the xijiang river basin. China. Journal of Environmental Science and Pollution Research. 27(11):11637–11648. https://doi.org/10.1007/s11356-020-07692-w Khademalrasoul A, Amerikhah H. 2022. Forecasting of short-term and mid-term variations of rainfall erosivity index using sarima. Journal of Agricultural Engineering. 45(1):79-95.(InPersian). https://doi.org/10.22055/agen.2022.39147.1621 Koohshahi FM, Akbarian M, Khorani A. 2023. Evaluation of climate change effects on rainfall erosivity factor in minab watershed. Ninth Conference of the Iranian Geomorphology Association.(InPersian). https://civilica.com/doc/1687633/. Li X, Xiao P, Hao S, Wang Z. 2024. Rainfall erosivity characteristics during 1961–2100 in the loess plateau. China. Journal of Remote Sensing, 16(4):661. https://doi.org/10.3390/rs16040661 Ma Y, Sun D, Niu Z, Wang X. 2023. Contribution of climate change and human activities to runoff and sediment discharge changes based on budyko theory and water–sediment relationships during 1960–2019 in the Taohe River Basin. China. Journal of Atmosphere, 14(7): 1144. https://doi.org/10.3390/atmos14071144 Malboosi S, Abbasi F, Pakdaman M, Javanshiri Z. 2023. Investigation of changes in the extreme of temperature and precipitation in iran in the last 60 years. Journal of Climate Research. 14(54): 157–172. (In Persian). Mohammadi M, Fallah M, Kavian A, Gholami L, Omidvar E. 2016. The application of RUSLE model in spatial distributiondetermination of soil loss hazard Iranian. Journal of Ecohydrology. 3(4): 645–658. (InPersian). https://doi.org/10.22059/ije.2016.60368 Nazari Samani A, Zarrin B, Khalighi Sigaroudi S. 2019. The role of climate variability on spatio_temporal of rainfall erosivity (Case study: Fashand drainage basin). Journal of Range and Watershed Management. 72(1): 279–290. (InPersian). https://doi.org/10.22059/jrwm.2019.126934.886 Nearing MA, PRUSKI F, O’NEAL MR. 2004. Expected climate change impacts on soil erosion rates a review. Journal of Soil and Water Conservation. 59(1): 43–50. Panagos P, Borrelli P, Matthews F, Liakos L, Bezak N, Diodato N, Ballabio C. 2022. Global rainfall erosivity projections for 2050 and 2070. Journal of Hydrology. 610(1): 127865. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127865 Patriche CV, Roșca B, Pîrnău RG, Vasiliniuc I, Irimia LM. 2023. Simulation of rainfall erosivity dynamics in romania under climate change scenarios. Sustainability. 15(2): 1469 p. https://doi.org/10.3390/su15021469 Piani C, Weedon GP, Best M, Gomes SM, Viterbo P, Hagemann S, Haerter JO. 2010. Statistical bias correction of global simulated daily precipitation and temperature for the application of hydrological models. Journal of Hydrology.395(3):199–215. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.10.024 Rathjens H, Bieger K, Srinivasan R, Chaubey I, Arnold JG. 2016. CMhyd user manual documentation for preparing simulated climate change data for hydrologic impact studies (User manual). https://swat.tamu.edu/media/115265/bias_cor_man.pdf. Research Project by the Regional Water Company Mazandaran. 2009. Optimization studies of water resource atlas in mazandaran and east gilan basins. Rivers between Sefidrud and Gharesoo, Volume 1. (Part1) (1): 276–277. (In Persian). https://www.glrw.ir/st/77 Shokohideh H, Vafakhah M, Zare S, Chamani R. 2022. Evaluation of the variability of the rain erosion index under the influence of climatic scenarios in the afin watershed of south khorasan. The Fourth National Conference of Hydrology of Iran, 14 p. (In Persian). https://civilica.com/doc/1544702/. Sotoudeheian S, Jalilvand E, Kermanshah A. 2022. Using high-resolution climate models to identify climate change hotspots in the middle east (Case study: Iran). Climate, 10(11): 161. https://doi.org/10.3390/cli10110161. Takhellambam BS, Srivastava P, Lamba J, McGehee RP, Kumar H, Tian D. 2023. Projected mid-century rainfall erosivity under climate change over the southeastern united states. Science of The Total Environment. 865(C2023): 161119. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.161119 Tavangar S, Moradi H, Massah Bavani A, Azari M. 2016. Forecasting climate change impact on rainfall erosivity factor in the southern coast of caspian sea. Watershed Engineering and Management, 8(4): 414–424. (In Persian). https://doi.org/10.22092/ijwmse.2016.107178 Taylor KE. 2001. Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. Journal of Geophysical Research, 106 (D7):7183–7192. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,072 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 361 |
||