ارزیابی تاثیر تغییرات اقلیمی بر وضعیت کمی آب‌های زیرزمینی آبخوان دهگلان با استفاده از مدل MODFLOW

Abstract

مقدمه و هدف: پایش و ارزیابی منابع آب یکی از مهم‌ترین اقداماتی است که برای افزایش شناخت شرایط منابع آب کشور باید انجام پذیرد و نتایج این ‌گونه بررسی­ها در برنامه‌ریزی و مدیریت صحیح منابع آب مورد استفاده قرار گیرد. کشور ایران به دلیل کمبود ریزش‌های جوی و نامناسب بودن پراکنش زمانی و مکانی آن، در زمره کشورهای دارای اقلیم خشک و نیمه خشک جهان قرار دارد. تغییرات اقلیمی در چند دهه اخیر و اثرات این پدیده بر پارامترهای اقلیمی و الگوی پدیده‌های هیدرولوژیکی، باعث تشدید بحران خشکی شده است. از طرف دیگر، رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه بخش‌های کشاورزی و صنعت باعث افزایش تقاضای آب شیرین شده است. به دلیل تغییرات اقلیمی و افزایش نیاز به آب، بهره ­برداری از آب‌های زیرزمینی خصوصا در مناطق خشک، به شدت رو به فزونی است و این امر، افت سطح ایستابی و کاهش ذخایر آب را به دنبال داشته است. به دلیل بیلان منفی آب زیرزمینی آبخوان دهگلان و جلوگیری از تشدید افت تراز سطح ایستابی، ممنوعیت توسعه بهره‌برداری از منابع آب‌های زیرزمینی دشت دهگلان از سال 1382 از طرف شرکت سهامی آب منطقه‌ای کردستان اعلام شده است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثرات کمی تغییرات اقلیمی بر منابع آب‌های زیرزمینی آبخوان دهگلان به عنوان بزرگترین آبخوان استان کردستان است. در این راستا، استفاده از مدل‌های مختلف اقلیمی که می‌توانند تغییرات اقلیمی را پیش‌بینی کنند، ادغام آن‌ها و در نهایت استفاده از خروجی این مدل‌ها در مدل‌های هیدرولوژیکی می‌تواند ابزاری مفید برای پیش‌بینی تغییرات هیدرولوژیکی در آینده باشد. مواد و روش‌ها: دشت دهگلان با مساحت 982/8 کیلومتر مربع، بین طول‌های جغرافیایی '10 ˚47 تا '45 ˚47 شرقی و عرض‌های جغرافیایی '05 ˚35 تا '35 ˚35 شمالی گسترده شده است. وسعت گسترش آبخوان دهگلان برابر با 779/8 کیلومتر مربع و مساحت حوزه آبخیز دشت تا خروجی ایستگاه هیدرومتری تلوار- حسن‌خان برابر با 2491 کیلومتر مربع می‌باشد. حداقل، حداکثر و متوسط ارتفاع از سطح دریا در آبخوان دهگلان به ترتیب برابر با 1740، 2045 و 1854 متر است. کاربری‌های زراعت دیم، مرتع، زراعت آبی، مناطق مسکونی و سطوح آبی به ترتیب 74/81، 14/14، 10/12، 0/76 و 0/17 درصد از سطح حوزه آبخیز مورد مطالعه را شامل می‌شوند. مقدار بارندگی سالانه در دشت دهگلان و ارتفاعات مشرف بر آن به ترتیب برابر با 32/319 و 15/363 میلی‌متر و میانگین سالانه دما به ترتیب برابر با 9/39 و 9/12 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. بر اساس نتایج مطالعات ژئوفیزیک، لوگ چاه‌های اکتشافی و آزمایشات پمپاژ و با توجه به عدم تغییرات سطح ایستابی هنگام حفاری، مشخص شده است که آبخوان دهگلان از نوع آبخوان آزاد است. در این پژوهش، با بکارگیری مدل ریزمقیاس‌نمایی SDSM و بر اساس سناریوهای گزارش پنجم IPCC، متغیرهای اقلیمی حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی تحت سه سناریو RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در طول دوره آتی، پیش‌بینی شد. برای این منظور، از داده‌های روزانه حداقل و حداکثر دما، بارش و رطوبت نسبی ثبت شده در ایستگاه سینوپتیک قروه به عنوان ورودی به مدل SDSM استفاده شد. همچنین برای مدل‌سازی سه بعدی جریان آب زیرزمینی، از مدل MODFLOW در رابط گرافیکی GMS استفاده و سپس نوسانات ماهانه سطح ایستابی در آبخوان مورد مطالعه در طول دوره پیش‌بینی تحت سناریوهای اقلیمی با استفاده از مدل واسنجی شده MODFLOW برآورد شد. در این راستا، در مرحله اول، مدل مفهومی آبخوان دهگلان در نرم‌افزار GMS تهیه شد. هدف از تهیه مدل مفهومی، ساده کردن شرایط واقعی منطقه مورد مطالعه و سازماندهی داده‌های صحرایی است به گونه‌ای که با استفاده از آن، سیستم موردنظر راحت‌تر مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. ساختار مدل مفهومی آبخوان دهگلان شامل شرایط مرزی، شبکه آبخوان، تعیین پارامترهای زمانی و مکانی مدل، مقادیر سطح ایستابی در چاه‌های مشاهداتی، توزیع اولیه ضرایب هیدرودینامیک آبخوان شامل قابلیت انتقال، هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه و عوامل تغذیه‌کننده و تخلیه‌کننده آبخوان است. کلیه اطلاعات موردنیاز جهت ساخت مدل مفهومی، ابتدا در محیط ArcMap تهیه و سپس به صورت بسته‌های مختلف به مدل MODFLOW وارد شدند. سال‌های آبی 1388-1387 تا 1396-1395 و 1397-1396 تا 1406-1405 به ترتیب برای مراحل شبیه‌سازی و پیش‌بینی در نظر گرفته شد. ضرایب R2، ENS، PBIAS و MAE برای ارزیابی کارایی مدل‌ها استفاده شد. یافته‌ها: نتایج بدست آمده از این پژوهش، دقت کافی مدل SDSM در شبیه‌سازی متغیرهای اقلیمی شامل دمای حداقل، دمای حداکثر، بارش و رطوبت نسبی و مدل MODFLOW در شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان دهگلان را تایید کرد. تطابق دمای حداقل و دمای حداکثر مشاهده شده با شبیه‌سازی شده بیشتر از متغیرهای اقلیمی بارش و رطوبت نسبی بود. در این پژوهش، بیشترین حساسیت مدل MODFLOW نسبت به پارامتر هدایت هیدرولیکی و کمترین حساسیت آن نسبت به پارامتر آبدهی مخصوص بود. متوسط تغییرات سالانه تراز سطح ایستابی در دوره پیش‌بینی و تحت سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 به ترتیب برابر با 1/60-، 1/61- و 1/36- متر و متوسط تغییرات سالانه حجم مخزن آبخوان دهگلان به ترتیب برابر با 23/69-، 23/85- و 20/21- میلیون متر مکعب محاسبه شد. به عبارت دیگر آبخوان دهگلان در دوره پیش‌بینی، تحت همه سناریوهای اقلیمی، بیلان منفی خواهد داشت و مقدار کاهش حجم مخزن تحت سناریو RCP8.5، در مقایسه با سناریوهای RCP2.6 و RCP4.5 کمتر خواهد بود. نتیجه‌گیری: نتایج بررسی مدل‌های اقلیمی و سناریوهای انتشار نشان از تغییرات اقلیمی و هیدرولوژیکی حوزه آبخیز رودخانه تلوار در دوره آتی دارد، به طوری که دمای هوا افزایش و مقدار بارش کاهش می‌یابد. افزایش دما نامطلوب‌ترین اثر تغییر اقلیم را که افزایش خشکی در منطقه است به همراه خواهد داشت. افزایش خشکی و به دنبال آن افزایش تبخیر، هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی بر منابع آب زیرزمینی تاثیر خواهد گذاشت. هیدروگراف آبخوان طی دوره 10 ساله پیش‌بینی نشان می‌دهد که مقدار افت سطح ایستابی تحت سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5، به ترتیب به میزان 0/248، 0/259 و 0/013 متر افزایش پیدا می‌کند. تحت سناریوهای انتشار در دوره آتی، نوسانات سطح ایستابی در طول سال (در طول دوره ­های تنش خشک و تر) روند طبیعی خود را طی کرده و بر اساس نوع تنش خشک یا تر، تغییر محسوسی پیدا نخواهد کرد.