| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,257 |
| تعداد مقالات | 35,993 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,998,406 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,028,244 |
ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی و فرسایشی حوزه آبخیز نیمه‌خشک چسب به تغییرات اقلیمی آینده: کاربرد مدل WEPP و داده‌های CanESM5 تحت سناریوهای SSP | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 31 شهریور 1405 | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2026.373456.1671 | ||
| نویسندگان | ||
| قباد رستمی زاد* 1؛ جمشید یاراحمدی2؛ زهرا عبداللهی3؛ حسن شادمان4 | ||
| 1عضوء هیات علمی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان | ||
| 22 دانشیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات، آموزش | ||
| 33 استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج | ||
| 4محقق بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف تغییرات اقلیمی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی قرن حاضر، اثرات گسترده‌ای بر فرآیندهای هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی، از جمله فرسایش خاک و تولید رسوب، برجای می‌گذارد. بر اساس ششمین گزارش ارزیابی هیئت بین‌الدول تغییرات آب‌وهوایی (IPCC، 2021)، میانگین دمای سطح زمین در دوره ۲۰۰۱ تا ۲۰۲۰ حدود 99/0 درجه سانتی‌گراد نسبت به دوره پایه 1900–1850 افزایش یافته است. این گرمایش جهانی، الگوهای بارش و رژیم هیدرولوژیکی آبخیزهای آبخیز را به‌ویژه در مناطق نیمه‌خشک مانند ایران دگرگون می‌سازد. فرسایش خاک و رسوب‌گذاری از جمله پیامدهای مستقیم این تغییرات به‌شمار می‌روند که پایداری اکوسیستم‌ها، منابع آب و اراضی کشاورزی را به‌طور جدی تهدید می‌کنند. اهمیت این موضوع، بهره‌گیری از مدل‌سازی‌های دقیق در آبخیزهای کوچک را برای پیش‌بینی پیامدهای آتی ضروری می‌سازد. در این راستا، آبخیز چسب در استان زنجان به‌عنوان یک آبخیز نماینده در منطقه نیمه‌خشک سرد ایران، برای ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم بر فرسایش و رسوب انتخاب شده است. مواد و روش‌ها منطقه مطالعاتی: آبخیز چسب با مساحت ۱۲۶۴۵ هکتار در شهرستان ایجرود استان زنجان، در موقعیت جغرافیایی بین 13/36 تا 27/36 درجه طول شرقی و 1/48 تا 41/48 درجه عرض شمالی قرار دارد. اقلیم این آبخیز نیمه‌خشک سرد، ارتفاع آن بین ۱۴۴۹ تا ۲۳۵۷ متر، و متوسط بارندگی سالانه ۴۰۳ میلی‌متر است. کاربری غالب اراضی شامل زراعت (۵۲٪) و مرتع (۴۳٪) می‌باشد. پژوهش در سه بخش اصلی و مکمل سازماندهی شده است:آشکارسازی تغییرات اقلیمی: در بخش اول، داده‌های اقلیمی (بارش، دمای حداقل و حداکثر) با استفاده از مدل اقلیمی CanESM5 و روش ریزمقیاس‌نمایی آماری SDSM برای سه دوره آتی (۲۰۲۰–۲۰۴۹، ۲۰۵۰–۲۰۷۹ و ۲۰۸۰–۲۱۰۰) تحت دو سناریوی SSP1-2.6 (خوش‌بینانه) و SSP5-8.5 (بدبینانه) مطابق گزارش ششم IPCC شبیه‌سازی شد. شبیه‌سازی فرسایش و رسوب: در بخش دوم، مدل فرآیندی و فیزیکی WEPP در محیط نرم‌افزاری GeoWEPP (ذیلArcGIS) برای دوره پایه (۱۹۷۹–۲۰۱۴) اجرا و با داده‌های هیدرومتری ایستگاه چسب اعتبارسنجی شد. لایه‌های اطلاعاتی مورد استفاده شامل مدل رقومی ارتفاعی (DEM) با تفکیک ۳۰×۳۰ متر، نقشه کاربری اراضی مستخرج از تصاویر سنتینل-۲ و اطلاعات خاکشناسی طرح مطالعات منابع طبیعی استان زنجان بود. دقت نتایج با روش تلفیقی USBR-FAO مورد ارزیابی قرار گرفت. پیش‌نگری شرایط آتی: در بخش سوم، مدل GeoWEPP با به‌کارگیری داده‌های اقلیمی شبیه‌سازی‌شده برای دوره‌های آتی اجرا و تغییرات فرسایش و رسوب نسبت به دوره پایه ارزیابی شد. نتایج و بحث وضعیت دوره پایه: شبیه‌سازی مدل WEPP برای دوره پایه نشان داد که متوسط سالانه حجم رسوب خروجی از آبخیز 2/2589تن در سال و رسوب ویژه آبخیز 2/0 تن در هکتار در سال (معادل 64/18 تن در کیلومترمربع در سال با احتساب ۱۵ درصد بار بستر) است. نسبت تحویل رسوب (SDR) برابر 249/0 برآورد شد. این نتایج با بیش‌برآوردی 98/8 درصدی نسبت به داده‌های مشاهداتی همراه بود که ناشی از محدودیت مدل در لحاظ کردن پوشش گیاهی پویا ارزیابی شد. تغییرات اقلیمی پیش‌بینی‌شده: آنالیز داده‌های اقلیمی کاهش بارش سالانه بین ۱۰ تا ۲۰ درصد را در سناریوی SSP5-8.5 و تا ۲۰ درصد در دوره میانی سناریوی SSP1-2.6 نشان داد. این کاهش عمدتاً در ماه‌های بهار (مارس تا ژوئن) متمرکز است. همچنین افزایش دمای حداقل و حداکثر تا حدود ۷ درجه سلسیوس در سناریوی SSP5-8.5 پیش‌بینی شد. تغییرات آتی فرسایش و رسوب در سناریوی SSP5-8.5: در این سناریو، حجم رسوب خروجی از 2/2589 تن در سال در دوره پایه به 8/1845 تن در دوره ۲۰۲۰–۲۰۴۹ (کاهش ۱۵٪)، 1/648 تن در دوره ۲۰۵۰–۲۰۷۹ (کاهش ۲۰٪) و 3/18 تن در دوره ۲۰۸۰–۲۱۰۰ (کاهش ۲۵٪) رسید. تغییرات آتی فرسایش و رسوب در سناریوی SSP1-2.6: در سناریوی خوش‌بینانه، رسوب خروجی در دوره اول (۲۰۲۰–۲۰۴۹) ابتدا به ۳۸۱۱ تن افزایش یافت، سپس در دوره‌های بعدی به ترتیب به ۴۸ و 5/35 تن کاهش پیدا کرد. این رفتار متفاوت در دوره اول، احتمالاً با افزایش نسبی بارش زمستانه در این سناریو مرتبط است. نتیجه‌گیری و پیشنهادها یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که کاهش رسوب در هر دو سناریو عمدتاً پیامد کاهش بارش است؛ با این حال، افزایش دما پیامدهای پیچیده‌ای در بلندمدت در پی دارد: تشدید تبخیر-تعرق، کاهش رطوبت خاک و تضعیف پوشش گیاهی، که مجموعاً می‌توانند حساسیت خاک نسبت به فرسایش را افزایش دهند. بنابراین، کاهش کمّی رسوب لزوماً به معنای بهبود وضعیت اکولوژیکی نیست. مقایسه نتایج با مطالعات منطقه‌ای و جهانی، از جمله پژوهش Eekhout و De Vente (2020) در اسپانیا و Borrelli و همکاران (2022) در سطح جهانی، نشان می‌دهد که روند کاهش رسوب در مناطق نیمه‌خشک تحت تأثیر سناریوهای SSP قابل تأیید است.SDR برآوردشده (249/0) نیز با نتایج Zhang و همکاران (2019) در چین (2/0 تا 3/0) همخوانی دارد. در مجموع، مدیریت آینده آبخیزهای نیازمند رویکردی یکپارچه است که همزمان با کاهش تولید رسوب، ریسک‌های جانبی ناشی از کاهش منابع آب، تخریب پوشش گیاهی و افزایش خشکی خاک را نیز مدیریت کند. توصیه می‌شود سیاست‌های آبخیزداری با راهبردهای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و برنامه‌های سازگاری با تغییر اقلیم در سطح ملی تلفیق شوند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تغییرات اقلیمی؛ تولید رسوب؛ آبخیز چسب؛ مدل WEPP؛ فرسایش خاک | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Assessing the Hydrological and Erosional Response of the Semi-Arid Chesb Watershed to Future Climate Change: Application of the WEPP Model and CanESM5 Data Under SSP Scenarios | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ghobad Rostamizad1؛ jamshid yarahmadi2؛ zahra abdollahi3؛ hasan shademan4 | ||
| 1Zanjan Agricultural and natural resources Research and Education Center, AREEO, Zanjan, Iran | ||
| 2Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, East Azerbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tabriz, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Zanjan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Zanjan, Iran | ||
| 4Researcher, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Zanjan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Zanjan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Climate change, as one of the most critical environmental challenges of the present century, exerts wide-ranging impacts on hydrological and geomorphological processes, including soil erosion and sediment production. According to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2021), the global mean surface temperature rose by approximately 0.99°C during the period 2001–2020 relative to the baseline period of 1850–1900. This global warming is profoundly altering precipitation patterns and hydrological regimes of watersheds, particularly in semi-arid regions such as Iran. Soil erosion and sedimentation are among the most direct consequences of these changes, posing serious threats to ecosystem stability, water resources, and agricultural lands. The severity of these threats underscores the necessity of employing accurate modeling approaches in small watersheds to forecast future impacts. In this context, the Chesb watershed in Zanjan Province was selected as a representative catchment within Iran's cold semi-arid zone to evaluate the effects of climate change on erosion and sediment dynamics. Materials and Methods Study Area: The Chesb watershed, covering an area of 12,645 hectares, is located in Ijrud County, Zanjan Province, at geographic coordinates between 36°13′ to 36°27′N longitude and 48°1′ to 48°41′E latitude. The watershed has a cold semi-arid climate, with elevations ranging from 1,449 to 2,357 meters above sea level and a mean annual precipitation of 403 mm. The dominant land uses are cropland (52%) and rangeland (43%). The study was structured around three principal and complementary components: Climate Change Detection: In the first phase, climatic variables — including precipitation, minimum temperature, and maximum temperature — were simulated using the CanESM5 global climate model and the Statistical Downscaling Model (SDSM) for three future periods (2020–2049, 2050–2079, and 2080–2100), under two emission scenarios: SSP1-2.6 (optimistic) and SSP5-8.5 (pessimistic), as defined in the IPCC Sixth Assessment Report. Erosion and Sediment Simulation: In the second phase, the process-based physical model WEPP was implemented within the GeoWEPP environment (integrated with ArcGIS) for the baseline period (1979–2014) and validated against observed hydrometric data from the Chesb gauging station. Input data layers included a 30×30 m Digital Elevation Model (DEM), a land use map derived from Sentinel-2 imagery, and soil data from the Zanjan Province Natural Resources Authority. Model accuracy was assessed using the combined USBR-FAO method. Future Projections: In the third phase, the GeoWEPP model was re-executed using downscaled future climate data to project changes in erosion and sediment yield relative to the baseline period across all future time horizons. Results and Discussion Baseline Period: Simulation results for the baseline period indicated a mean annual sediment discharge of 2,589.2 tonnes per year at the watershed outlet, with a specific sediment yield of 0.2 t/ha/year — equivalent to 18.64 t/km²/year when accounting for a 15% bedload contribution. The Sediment Delivery Ratio (SDR) was estimated at 0.249. These results reflected an overestimation of 8.98% relative to observed data, attributed primarily to the model's limitations in representing dynamic vegetation cover. Projected Climate Changes: Analysis of future climate data projected a reduction in mean annual precipitation of 10–20% under SSP5-8.5 and up to 20% during the mid-century period under SSP1-2.6. This decline is concentrated predominantly in the spring months (March through June). Additionally, maximum and minimum temperatures are projected to increase by up to 7°C under the SSP5-8.5 scenario. Future Erosion and Sediment Trends under SSP5-8.5: Under this pessimistic scenario, mean annual sediment discharge is projected to decline from 2,589.2 t/year in the baseline to 1,845.8 t/year during 2020–2049 (a 15% reduction), 648.1 t/year during 2050–2079 (a 20% reduction), and 18.3 t/year during 2080–2100 (a 25% reduction). Future Erosion and Sediment Trends under SSP1-2.6: Under the optimistic scenario, sediment discharge is projected to initially increase to 3,811 t/year in the first future period (2020–2049), before declining markedly to 48 t/year and 35.5 t/year in the subsequent periods — reflecting an overall reduction of 10–15%. The anomalous increase in the first period is likely associated with a relative rise in winter precipitation projected under this scenario. Conclusion and Suggestions The findings of this study demonstrate that sediment reduction across both scenarios is driven primarily by declining precipitation. Nevertheless, rising temperatures introduce complex long-term dynamics: intensified evapotranspiration, reduced soil moisture retention, and progressive degradation of vegetation cover — all of which can increase soil susceptibility to erosion. Consequently, a quantitative decline in sediment yield does not necessarily indicate an improvement in ecological conditions. Comparison with regional and global studies — including Eekhout and De Vente (2020) in Spain and Borrelli et al. (2022) at the global scale — confirms that the trend of declining sediment in semi-arid regions under SSP scenarios is consistent with broader findings in the literature. The estimated SDR of 0.249 is also in agreement with values reported by Zhang et al. (2019) in China (0.2–0.3), further affirming the reliability of the WEPP model as a physically-based simulation tool. Overall, future watershed management demands an integrated approach that addresses not only the reduction in sediment production, but also the collateral risks associated with diminishing water resources, vegetation degradation, and increasing soil aridity. It is recommended that watershed conservation policies be aligned with national greenhouse gas emission reduction strategies and broader climate change adaptation frameworks. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Chesab Watershed, Climate change, Sediment Yield, Soil Erosion, WEPP Model | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 73 |
||