1-7- مزیتها و معایب مدلهای ریز مقیاسنمایی، دینامیکی و آماری ……………………………….. 15

1-8- بزرگ مقیاسنمایی………………………………………………………………………………… 15

1-9- تغذیه و عوامل موثر در آن………………………………………………………………………… 17

1-9-1- تغذیه…………………………………………………………………………………………….. 18

1-9-2- انواع تغذیه……………………………………………………………………………………… 18

1-9-3- فرآیند تغذیه…………………………………………………………………………………….. 19

1-9-3-1- نفوذ…………………………………………………………………………………………… 19

1-9-3-2- سطح صفر جریان……………………………………………………………………………. 19

1-9-3-3- عمق ناحیه ریشه………………………………………………………………………….. 20

1-9-3-4- نفوذ خالص، زهکشی یا نفوذ عمقی……………………………………………………. 20

1-9-3-5- ناحیه غیر اشباع…………………………………………………………………………….. 20

1-9-4- عوامل موثر بر میزان تغذیه ……………………………………………………………………. 21

1-9-4-1- عوامل اقلیمی ……………………………………………………………………………….. 21

1-9-4-2 – زمین شناسی و خاک……………………………………………………………………… 22

1-9-4-3- توپو گرافی ……………………………………………………………………………………. 22

1-9-4-4- هیدرولوژی……………………………………………………………………………………. 22

1-9-4-5- پوشش گیاهی و کاربری اراضی……………………………………………………………. 23

1-9-5- روشهای تخمین میزان تغذیه ………………………………………………………………….. 24

1-9-5-1- مدلهای بیلان آب در ناحیه غیر اشباع……………………………………………………… 25

1-9-5-1- 1- مدلهای حل معادله بیلان در ناحیه ریشه………………………………………………. 25

1-9-5-1- 2- مدلهای حل معادله بیلان بر اساس معادله ریچارد…………………………………….. 26

1-9-5-2- مدلهای حوزه آبخیز…………………………………………………………………………… 27

1-9-5-3- مدلهای آبهای زیرزمینی……………………………………………………………………. 27

1-9-5-4- اندازه گیری مستقیم…………………………………………………………………………. 28

1-9-5-5- استفاده از ردیاب های شیمیایی………………………………………………………….. 28

1-9-5-6- استفاده از ردیاب گرمایی ………………………………………………………………….. 28

فصل دوم – سابقه تحقیق

2- سابقه تحقیق بطور مختصر…………………………………………………………………………. 30

2- 1- تحقیقات انجام شده در خصوص ریز مقیاسنمایی مدلهای جهانی به منظور شبیه سازی متغیرهای اقلیمی در خارج از کشور…..30

2- 2- تحقیقات انجام شده در خصوص ریز مقیاسنمایی مدلهای جهانی به منظور شبیه سازی متغیرهای اقلیمی در داخل کشور…..33

2-3- تحقیقات انجام شده در خصوص اثر سناریوهای تغییر اقلیم روی منابع آب خصوصا آبهای زیرزمینی در خارج از کشور……35

2-4- تحقیقات انجام شده در خصوص اثر سناریوهای تغییر اقلیم روی منابع آب خصوصا آبهای زیرزمینی در داخل کشور…..39

2-2- جمع بندی ……………………………………………………………………………………….. 40

فصل سوم – مواد و روشها

3-1- موقعیت جغرافیایی و سیاسی منطقه…………………………………………………………. 42

3-2- ویژگیهای طبیعی دشت کرمان………………………………………………………………….. 42

3-3- موقعیت آبخوان کرمان …………………………………………………………………………… 43

3-4- کاربری اراضی در آبخوان کرمان ………………………………………………………………… 44

3–5- بررسی متغیرهای اقلیمی دشت کرمان …………………………………………………….. 44

3-6- وضعِیت منابع آبِی محدوده مطالعاتِی………………………………………………………….. 47

3-2- روش تحقیق …………………………………………………………………………………… 47

3-2-1- داده مورد استفاده در این تحقیق ………………………………………………………… 47

3-2-1-1- دادههای هوا شناسی و هیدرولوژی ………………………………………………….. 47

3-2-1-2- داده های خاکشناسی ………………………………………………………………… 47

3-2-2- مدلهای مورد استفاده در این رساله…………………………………………………….. 48

3-2-2-1- مدل گردش عمومی جو – اقیانوس CGCM₁_{………………………………………..}

3-2-2-2- مدل گردش عمومی جو – اقیانوس HadCM3………………………………………

3-2-2-3- مدل SDSM…………………………………………………………………………….

3-2-3- مدل HHELP……………………………………………………………………………..

3-2-3- انتخاب دوره پایه و دورههای آتی……………………………………………………… 52

3-2-4- دادههای هواشناسی در دوره پایه (1990- 1961) ………………………………… 53

3-2-5- دادههای متغیرها پیشبینیکننده ( مدلهای جهانی و NCEP)……………………… 53

3- 2-6- ریزمقیاسنمایی خروجی مدلهای جهانی با استفاده ازمدل ریزمقیاسنمایی…… 54

3-2-7- ریز مقیاسنمایی دما، بارش و تشعشعات خورشیدی ………………………….. 57

3-2-7-1- منوی تنظیمات………………………………………………………………………. 58

3-2-7-2-کنترل کیفیت دادهها………………………………………………………………… 59

3-2-7-3- تبدیل داده ………………………………………………………………………….. 60

-2-3-7-4- انتخاب متغیرها…………………………………………………………………….. 60

3-2-7-5- مرحلهی کالیبراسیون وارزیابی مدل……………………………………………… 61

3-2-8- بهینه سازی تعداد دفعات شبیه سازی ……………………………………………… 62

3-2-9- شبیه سازی- متغیرهای اقلیمی در دورههای آینده……………………………….. 63

3-2-10- مقایسه گرافیکی داده ها……………………………………………………………. 63

3-2-11- آنالیز مقادیر حداکثر………………………………………………………………….. 63

3-2-11-1- توزیع تجربی……………………………………………………………………… 64

3-2-11-2- مقادیر حداکثر تعمیم یافته……………………………………………………. 64

3-2-11-3- توزیع گمبل……………………………………………………………………… 65

3-2-11-4- تابع نمایی توسعه یافته(Streched Exponential)………………………….. 66

3-2-12- بزرگمقیاسنمایی………………………………………………………………….. 66

3-2-13- روش ارزیابی مدل……………………………………………………………….. 67

3-2-14- معیار ارزیابی روش …………………………………………………………… 67

3-2-15- معادلات کریجنگ و عکس فاصله ……………………………………………. 67

3-2-16- تخمِین مِیزان تغذِیه با استفاده از مدل HELP……………………………….

3-2-17- دادههای موردنیاز مدل HELP ………………………………………………..

3-2-18- بررسی پارامترهای نگهداشت رطوبت خاک در مدل HElP……………….

3-2-19- ضریب هدایت هیدرولیکی خاک غیراشباع ………………………………… 72

3-2-20- ضریب هیدرولیکی در منطقه دارای پوشش گیاهی………………………. 74

3-2-21- محاسبه ضریب تبخیر………………………………………………………… 74

33-2-22- ویژگی رطوبتی و هدایت هیدرولیکی برخی خاکها مورد استفاده در مدل HELP….

3-2-23- تعیین شاخص سطح برگ و حداکثر عمق تبخیروتعرق…………………… 75

3-2-24- نحوه اندازه گیری داده های خاک شناسی مورد نیاز مدل در این تحقیق…. 76

3-2-24-1- تعیین بافت خاک………………………………………………………….. 77

3-2-24-2- اندازه گیری رطوبت ظرفیت مزرعه و نقطه پژمردگی…………………… 80

3-2-24-3- اندازه گیری جرم مخصوص ظاهری……………………………………… 81

3-2-24-4- تخلخل خاک………………………………………………………………… 83

3-2-24-5- اندازه گیری ضریب نفوذ پذیری خاک(k)………………………………….. 83

3-2-25- حل معادلات در مدل HELP……………………………………………………

3-2-25-1- پیشبینی یخزدگی خاک………………………………………………….. 87

3-2-25-2- ذوب و انباشت برف……………………………………………………… 88

3-2-25-3- گیرش گیاهی……………………………………………………………… 90

3-2-25-4- محاسبه تبخیروتعرق پتانسیل…………………………………………….. 91

3-2-25-5- تبخیر از سطح…………………………………………………………… 93

3-2-25-6- نفوذ ……………………………………………………………………….. 96

3-2-25-7- تبخیر از آب درون خاک……………………………………………………… 97

3-2-25-8- تعرق از طریق گیاه ………………………………………………………… 99

3-2-25-9- تبخیر و تعرق ………………………………………………………………… 99

3-2-25-10- رشد گیاه :…………………………………………………………………… 100

3-2-25-11- حرکت آب در لایههای زیرین خاک ……………………………………….. 104

3-2-25-12- حرکت عمودی آب …………………………………………………………… 106

3-2-325-13- میزان زهکشی از لایه های خطی خاک( با نفوذ پذیری کم)……….. 108

3-2-25-14- جریانهای زیر سطحی ……………………………………………………….. 109

3-2-25-15- دلایل انتخاب مدلHELP دراین تحقیق……………………………………….. 109

فصل چهارم – نتایج

4-1- شبیه سازی متغیرهای اقلیمی……………………………………………………. 111

4-1-1- شاخصهای دمایی……………………………………………………………… 111

4-1-1-1- انتخاب متغیرهای مستقل جهت پیشبینی شاخصهای دمایی…………… 111

4-1-1-2- کالیبره كردن مدل SDSM …………………………………………………….

4-1-1-3- بهینه سازی تعداد دفعات شبیه سازی……………………………………. 113

4-1-1-4- ارزیابی مدل برای شاخص های دمایی…………………………………….. 113

4-1-1-5- بررسی مقایر حدی شاخص های درجه حرات …………………………. 124

4-1-1-6- شبیه سازی شاخص های دمایی در دوره ارزیابی ……………………. 128

4-1-1-7- شبیه سازی شاخصهای دمایی در دوره پایه با استفاده از دادههای بازسازی شده…..129

4-1-1-8- شبیه سازی شاخص های دمایی در دورة پایة…………………………. 129

4-1-1-9- شبیه سازی شاخص های دمایی در دورههای آتی ……………….. 135

4-1-1-10- انتخاب مناسبترین مدل و سناریو به منظور شبیه سازی درجه حرارت……139

4-1-2- شبیه سازی بارش …………………………………………………………. 141

4-1-2-1- انتخاب متغیر های پیشبینیکننده مناسب …………………………….. 143

4-1-2-2- کالیبره كردن مدل SDSM ……………………………………………….

4-1-2-3- بررسی معیارهای توانایی مدل در شبیهسازی در دوره ارزیابی………… 147

4-1-2-3- 1- معیارهای گرافیکی……………………………………………………….. 147

4-1-2-3- 2- ویژگیهای آماری دادهها دوره ارزیابی…………………………………. 148

4-1-2-4- شبیه سازی بارش در دوره پایه (1990-1961)……………………….. 150

4-1-2-5- شبیه سازی بارش در دوره های آتی ……………………………………. 151

4-1-2-6- انتخاب مدل و سناریو مناسب …………………………………………….. 153

4-1-3- شبیه سازی تشعشات خورشیدی ……………………………………. 153

4-1-3-1- انتخاب متغیرهای پیشبینی کننده مناسب…………………………. 156

4-1-3-2- کالیبره كردن مدل SDSM ……………………………………………….

4-1-3-3- بررسی معیارهای ارزیابی مدل در دوره ارزیابی …………………….. 159

4-1-3-3- 1- معیارهای گرافیکی…………………………………………………… 159

4-1-3-3-2- ویژگیهای آماری دوره ارزیابی……………………………………….. 161

4-1-3-4- شبیه سازی تشعشات در دوره پایه و دورههای آتی………………. 162

4-1-3-5- انتخاب سناریوی مناسب برای شبیه سازی تشعشات خورشیدی… 164

4-2 – بررسی ویژگیهای هیدرولوژیکی دشت و آبخوان کرمان ……………….. 166

4-2-1- بررسی روند تغییرات سطح آب زیرزمینی دشت کرمان …………….. 167

4-2-1-2- بررسی تغییرات مکانی عمق سطح ایستابی آبخوان کرمان………. 171

4-2-2 – بررسی وضعیت عمق سنگ بستر در دشت کرمان ………………….. 175

4-3- بررسی میزان تغذیه در دشت کرمان………………………………………. 177

4-3- 1- بررسی ویژگی پروفیلها و لایههای خاک……………………………… 179

4-3-2- بررسی رابطه بین ضریب هیدرولیکی و بافت خاک …………………… 180

4-3-3- محاسبه میزان تغذیه در هریک از پروفیلها …………………………….. 180

4-3-4- بررسی میزان تغذیه تحت سناریوهای مختلف عمق تبخیر وتعرق و شاخص سطح برگ…..185

4-3-5- بررسی تغییرات مکانی تغذیه ………………………………………….. 188

4-3-6- محاسبه میانگین وزنی تغذیه ………………………………………….. 194

فصل پنجم – بحث، نتیجه گیری و پیشنهادات

5- بحث و نتیجه گیری………………………………………………………………. 199

5-1- ریزمقیاسنمایی و شبیه سازی شاخصهای دمایی ………………………. 200

5-2- ریزمقیاسنمایی و شبیه سازی بارش …………………………………… 202

5-3- ریزمقیاسنمایی و شبیه سازی تشعشات خورشیدی……………………. 204

5-4- بررسی روند تغییرات سطح آب زیر زمینی …………………………………….. 204

5-5- بررسی میزان تغذیه در دشت کرمان در شرایط فعلی و آتی………………… 205

5-6- نتیخه گیری نهایی………………………………………………………………. 210

5-6- پیشنهادات ………………………………………………………………………. 210

فهرست منابع مورد استفاده …………………………………………………………. 212

چکیده:

در مناطق خشک و نیمهخشک میزان زیادی از آب مورد نیاز بخشهای مختلف از طریق منابع آب زیرزمینی تامین میشود. در چند دهه اخیر بهرهبرداری بیرویه باعث کاهش کمیت وکیفیت این منابع شده است. با گرم شدن تدریجی کره زمین و وقوع پدیده تغییر اقلیم بر شدت این معضل افزوده خواهدشد. بنا براین پیشبینی اثر تغییر اقلیم بر میزان تغذیه آبهای زیرزمینی نقش بسیار مهمی درمدیریت این منابع در آینده خواهد داشت. در این تحقیق از دو مدل جهانی گردش عمومی جو، CGCM1 و HadCM3 تحت سناریوی A2 و B2 به منظور بررسی اثر تغییر اقلیم بر میزان تغذیه آبهای زیرزمینی آبخوان کرمان در دهههای 2020، 2050 و2080 نسبت به دهه پایه 1970 استفاده شد. به منظور ریز مقیاس نمایی از مدل SDSM استفاده شد. نتایج حاصل از ریز مقیاس نمایی در دوره پایه نشان داد، دادههای حاصل از سناریوی A2 مطابقت بیشتری با دادههای مشاهدهای دارند. تحت این سناریو در منطقه مورد مطالعه متوسط درجه حرارت سالانه در دهههای آتی نسبت به دوره پایه به ترتیب 5/1، 8/2 و 5/4 درجه سانتیگراد افزایش و بارش سالانه 1/8-، 1/15- و 18- درصد کاهش مییابد. به منظور شبیه سازی میزان تغذیه در دوره پایه و دورههای آتی از مدل HELP استفاده شد. همچنین جهت بررسی تغییرات مکانی تغذیه از سیستم اطلاعات جغرافیایی و روش زمین آماری کریجینگ بهره گرفته شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد، میزان تغذیه در دوره پایه و دهههای آتی به ترتیب برابربا 86/1، 68/1، 58/1 و56/1 میلیمتر در سال است. درصد تغییرات تغذیه در دورههای آتی مذکور نسبت به دوره پایه به ترتیب 6/9-، 1/15- و 6/15- درصد میباشد. تغییرات مکانی تغذیه در آبخوان مذکور در دوره پایه و دورههای آتی بهترتیب از ( 12-0) و (5/8-0) میلیمتر در سال، معادل( 5/8 – 0) و (4/7-0) درصد کل بارش سالانه متغیراست. میزان تغذیه در این آبخوان از سمت جنوب و جنوب غربی به سمت شمال و شمال شرقی کاهش مییابد.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

در چند دهه اخیر رشد جمعیت، افزایش فعالیتهای اقتصادی، توسعه صنایع و کارخانهها از یکطرف و تغییر کاربری اراضی خصوصا تخریب جنگلها و مراتع ازطرف دیگر باعث افزایش گازهای گلخانهای شدهاست. افزایش گازهای گلخانهای به دنبال خود تغییرات اقلیمی خصوصا گرم شدن کره زمین را درپی خواهدداشت (صمدی و همکاران، 2011). افزایش درجه حرارت ازسال1860 تاکنون حدود 6/0 درجه سانتیگراد میباشد و پیشبینی میشود در آستانه سال 2100 میلادی دمای کره زمین بین 2 تا 4 درجه سانتیگراد نسبت به دوره 1850تا1950 افزایش یابد }هیئت بین دول تغییر اقلیم IPCC)[1]) ،2007}. یکی از مهمترین عواقب تغییر اقلیم اثراتی است که در اکوسیستم های طبیعی میگذارد. این خود سبب تغییر در میزان تولید و خدمات این منابع و در نهایت منافع حاصل ازآنها میگردد. از جمله میتوان به تغییر درکیفیت وکمیت منابع آب، وضعیت جنگل ها و مراتع، فضای سبز ،حیات وحش، آبزیان و… اشاره نمود (جانا و ماجومدِیر[2]، 2010) . یکی از نگرانیهای اصلی متخصصین شاخه های مختلف علوم، در خصوص تغییر اقلیم، اثراتی است که بر منابع آب دارد چرا که این ماده حیاتی در کلیه فعالیت های انسانی مورد نیاز است (فانگ[3] و همکاران، 2011 ). با توجه به اهمیت این پدیده در سطح جهان در سال 1988 هیئت بین دول تغییر اقلیم (IPCC) توسط سازمان هواشناسی جهان ([4]WMO ) و برنامه محیط زیست سازمان ملل ([5]UNEP) تاسیس شد. وظیفه این هیئت، شناخت تمام جنبههای پدیده تغییر اقلیم در سطح جهان است ((IPCC.,2007. تاثیرات منفی این پدیده در آینده به سبب نگرش جوامع بر توسعه سریع صنعت، اقتصاد و همچنین توجه كمتر به محیطزیست میتواند با نرخ رشد بیشتری نسبت به گذشته افزایش یابد. مهمترین متغیرهای اقلیمی که بطور مستقیم تحت تاثیرتغییر اقلیم قرار میگیرند، عبارتند از بارش، درجه حرارت و تشعشات خورشیدی (صمدی و همکاران، 1388). از آنجا که این متغیرها مهمترین ورودیهای اکوسیستم های طبیعی، خصوصا حوزههای آبخیز میباشند، هر نوع تغییری در این متغیرها میتواند میزان عملکرد و ساختار اکوسیستمها طبیعی را تحت تاثیر قرار دهد. بدون شک میزان آب قابل دسترس در یک حوزه آبخیز از نظر اقتصادی، اجتماعی، زیست محیطی و… حساسترین و با اهمیتترین فاکتوری است که تحت تاثیر تغییر اقلیم قرار میگیرد. بنابراین بررسی اثر تغییر اقلیم روی این ماده حیاتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. آبهای زیرزمینی یکی از عمده ترین منابع آب شیرین جهان هستند. این منابع بعد از یخچالها دومین منبع آب شیرین در جهان محسوب میشوند. نیاز آبی حدود یک سوم جمعیت جهان وابسته به این منبع آبی است و بیش از ٧٠ درصد آن نیز به مصرف کشاورزی می رسد (هیلی[6]، 2010). در مناطق خشک و نیمهخشک دسترسی به منابع آب عمدتا از طریق آب های زیر زمینی (در بعضی مناطق مانند جنوب شرق ایران بیش از 90 درصد آب مورد استفاده در بخشهای مختلف ازمنابع آب زیر زمینی تامین می شود) امکان پذیر است (شرکت سهامی آب منطقهای کرمان، 1390). اما استفاده بی رویه از مخازن آب زیرزمینی باعث شده است كه میزان تغذیه آبخوانها جوابگوی برداشت نباشد. امروزه افت شدید سطح آبهای زیرزمینی در اکثر نقاط جهان ، بویژه آفریقای شمالی، آسیای مرکزی و جنوبی ، خاور میانه ، شمال چین ، آمریکای شمالی و استرالیا و بطور محلی در دیگر مناطق جهان مشاهده میگردد. کسری حجم مخزن آب زیرزمینی جهان سالانه بین ٧٥٠ تا ٨٠٠ میلیارد متر مکعب گزارش شده است (سبزواری، 1389). افت سطح آب های زیر زمینی در مناطق خشک و نیمه خشک کشورایران بسیارنگران کننده است. بطوری که در استان کرمان افت آب زیرزمینی بالغ بر یک متر در سال است. بعنوان مثال در دشت های رفسنجان، سیرجان ،کرمان وزرند، متوسط افت سالانه آبهای زیر زمینی بین8/0تا 5/1متر در سال میباشد. افت آب های زیر زمینی علاوه بر کاهش منابع آبی عوارض متعددی از قبیل نشست زمین، خشک شدن باغات کشاورزی،کاهش کیفیت منابع آبی (شور شدن) مهاجرت روستائیان و…را در پی خواهد داشت (شرکت سهامی آب منطقهای استان کرمان، 1387). در منطقه رفسنجان و سیرجان به ازای هر 10 متر افت سطح آب زیرزمینی، سطح زمین بترتیب حدود 42 و27 سانتیمتر نشست می نماید (شرکت سهامی آب منطقه ای کرمان، 1381). بنا براین بررسی و پیشبینی وضعیت مِیزان تغذِیه منابع آب زیر زمینی تحت تاثیر تغییر اقلیم با توجه به شکننده بودن این اکوسیستم ها از اهمیت دوچندانی برخوردار است. اهمیت این موضوع تا حدی است که سایت اخبار علمی روز در تاریخ 23 آوت 2007 اعلام کرد که “تغییر اقلیم به زیر زمین می رود”. در سال 2007 هیئت بین دول تغییر اقلیم عدم توجه اثر تغییر اقلیم روی منابع آب زیرزمینی را گزارش نمود، به همین دلیل در چند سال اخیر بررسی اثر تغییر اقلیم روی منابع آب زیرزمینی در دستور کار محققین در اقصی نقاط جهان قرار گرفتهاست (کروسبی[7]و همکاران، 2013). در همین راستا هدف از این تحقیق بررسی روند تغییرات بارش، دما و تشعشات خورشیدی تحت تاثیر سناریوهای تغییر اقلیم و همچنین بررسی اثر تغییرات این متغیرها در میزان تغذیه آبهای زیر زمینی ( ناشی از بارش مستقیم) در دشت کرمان به عنوان نماینده مناطق خشک و نیمه خشک میباشد. که نتایج آن میتواند چراغ راهی برای کلیه برنامه ریزان و سیاست گذاران بخش آب ،کشاورزی و منابع طبیعی به منظور سازگاری و مقابله با پدیده تغییر اقلیم در آِینده باشد.

2-1- تغییر اقلیم

1-2-1- تعریف تغییر اقلیم

هر نوع تغییر دراز مدت در متغیرهای اتمسفری ناشی از هر گونه پدیدهای طبیعی یا غیرطبیعی که بازه زمانی آن بین چندین دهه تا میلیون ها سال طول بکشد تغییر اقلیم مینامند (جانا و ماجومدیر، 2010). در تعریفی دیگر افزایش گازهای گلخانهای نظیر دی اکسید کربن، متان، اکسید ازت کلرو فلور، بخارآب، ناشی از فعالیتهای انسانی و در نتیجه گرم شدن کره زمین را به تغییر اقلیم تعبیر می نمایند (فانگ و همکاران، 2011؛ مساحبوانی، 1385). آنچه که مهم است تغییر اقلیم را نباید با خشکسالی یا تغییر متغیرهای آب و هوایی در یک مدت زمان کوتاه اشتباه گرفت، آنچه که در تعریف تغییر اقلیم مهم است همان تغییر دراز مدت متغیرهای اقلیمی میباشد. بعنوان مثال حداقل مدت زمان برای اینکه ببینیم تغییر اقلیم صورت گرفته است یا نه یک دوره 30ساله است (فانگ و همکاران، 2011).

2-2-1- عوامل موٌثر در تغییر اقلیم

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب