Skip to main content
SUPERVISOR
Jahangir Abedi-Koupai,Manouchehr Heidarpour,Hamid Reza Safavi
جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) حمیدرضا صفوی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mustafa Goodarzi
مصطفی گودرزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Evaluation of Climate Change Impacts on Groundwater Resources Using a combination of MODFLOW model and Thornthwaite and Mather’s Method
Groundwater resources are essential for life and the survival of humans and the environment, but the quality and quantity of this valuable resource are threatened by several factors among them climate and weather parameters have the most important role. Also, replacement of groundwater takes a long time and is controlled by long-term climate parameters. In order to achieve sustainable development goals, in addition to evaluating the potential effects of climate change on groundwater management strategies for sustainable use of groundwater was also presented. For evaluation of the potential effects of climate change on groundwater a hybrid method which use a combination of AHP, MODFLOW and empirical models, was developed. In this study, 10 different GCM models under A2 and B1 scenarios and 20 different GCM models under RCP 4.5 and RCP 8.5 were used. By using the developed hybrid method, one of the most important disadvantages of conventional empirical models which is lack of consideration of physical properties, was resolved. The results of this hybrid method were a series of empirical equations, which are independent, cost-effective, rapid and simple to use equations for recharge estimation which could be used in different management purposes. The low values of RMSE which was about 4 to 8 for all equations and high values of the coefficient of determinations indicate that the models are accurate and reliable. Results showed that with a 20 percent decrease in precipitation, the recharge rate will decrease between 25 to 80 percent in various zones. Also with each meter increase of unsaturated thickness the recharge rate will decrease about 2 percent and with the increase in temperature of 1 ?C the recharge rate will decrease about 7 percent. Also results showed that recharge rate has a decreasing trend in all regions and overall, the total annual recharge rate will decrease in the plain. This reduction, especially in the west of the plain which is one of the most important sources of recharge supply, is considerable and will make the whole plain vulnerable . In general, based on obtained results little reduction in rainfall or increase in temperature would have significant effects on groundwater recharge in the region. Results of evaluation of climate change impacts on crop water requirement and irrigation water requirement of cropping pattern of the study area showed that the effect of climate change on crop water requirement is not very significant and the maximum increase is about 5.5%. But in case of irrigation water demands, the increase is considerable and for some crops it reaches to 18%. Among the existing crops in the cropping pattern barley, cumin, onion, wheat and forage crops are more sensitive and their water demand will increase significantly. With regard to the high cultivation area of these crops (about 65 percent of farmlands in the region), climate change could have a significant impacts on water resources consumption in the region. Therefore, based on these results and the existing cropping pattern, net irrigation demand under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios will be predicted to increase about 7 and 11 percent, respectively. By considering irrigation efficiency in the region, this will result in about 35 and 50 million cubic meters over extraction from the aquifer for each of these scenarios. This additional exploitation causes a drop of 0.4 to 0.8 meters in groundwater table per year in the aquifer. In order to manage groundwater extraction, the optimum cropping pattern to avoid excessive groundwater draft was determined in accordance with the groundwater drought. In this study in order to determine groundwater drought a new index which is called GRDI was developed iired by SPI method and based on different probability distribution functions on the values of recharge in different zones in the plain. The GRDI index for different zones within the region was calculated, using the data from 30 years (1980 to 2010). In each zone, due to the physical and climatic conditions affecting recharge rate, a specific distribution function was selected. Based on this index, groundwater drought has frequently occurred in these regions since 1981. According to the obtained results, the developed index (GRDI) compared to other indices has several basic features, including, the ability to predict drought in groundwater, considering possible effects of basin characteristics on groundwater drought, capability of using different methods and models to calculate the GRDI d separating the human effects on the hydrological system from natural drought. Therefore, the index could be used in the forecasting and warning systems for management and planning purposes. The results of optimization of cropping pattern for the region showed that the cultivation of crops such as ricesugar beet, cotton, tobacco and maize
منابع آب زیرزمینی برای زندگی و ادامه حیات بشر و محیط زیست ضروری می‌باشد اما در دسترس بودن آن با کمیت و کیفیت پایدار با عوامل مختلفی تهدید می‌شود که در این بین آب و هوا مهمترین نقش را دارا می‌باشد. همچنین جایگزینی مجدد منابع آب زیرزمینی مدت زمان زیادی طول می‌کشد و بوسیله شرایط آب و هوایی بلند مدت کنترل می‌گردد. در راستای دستیابی به اهداف توسعه پایدار، در این تحقیق ضمن بررسی اثرات احتمالی تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی راهکار مدیریتی جهت بهره‌برداری پایدار از منابع آب زیرزمینی نیز ارائه گردید. به منظور بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی یک روش هیبریدی که از ترکیب مدل MODFLOW، AHP و روابط تجربی بدست می‌آید، برای محاسبه تغذیه توسعه داده شد. در این تحقیق از 10 مدل GCM تحت سناریوی A2 و B1 و 20 مدل GCM تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 برای ارزیابی اثرات تغییر اقلیم در دشت نجف‌آباد استفاده گردید. با استفاده از روش هیبریدی توسعه داده شده اثرات پارامترهای مختلف فیزیکی در مدل‌های تجربی در نظر گرفته شده و یک روش‌های تجربی اصلاح شده برای محاسبه تغذیه ارائه گردید. در نهایت یک سری معادلات تجربی کاربردی به دست آمد که به راحتی می‌توان از آنها در جنبه‌های مختلف مدیریتی از جمله محاسبه نرخ برداشت مجاز و مطمئن از آبخوان، ارزیابی اثرات سناریوهای مختلف مدیریتی در آینده و نیز تغییر اقلیم استفاده نمود. میزان دقت مدل‌های تجربی غیرخطی ایجاد شده بوسیله مدل آب زیرزمینی واسنجی شده آبخوان مربوطه مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر کم RMSE (برای همه ناحیه‌ها بین 4 تا 8) و نیز مقادیر زیاد ضریب تعیین، نشان دهنده دقت زیاد و قابل اطمینان یودن این مدل‌ها می‌باشد. نتایج نشان داد که با هر متر کاهش عمق سطح ایستابی میزان تغذیه حدود 2 درصد، با افزایش دما به میزان 1 درجه سانتیگراد میزان تغذیه 6 تا 42 درصد و با کاهش 20 درصدی بارش میزان تغذیه بین 25 تا 80 درصد در مناطق مختلف کاهش می‌یابد. همچنین نتایج نشان داد که به طور کلی نرخ تغذیه سالانه در کل دشت کاهش می‌یابد و این کاهش بخصوص در ناحیه غربی دشت که یکی از منابع تغذیه کننده اصلی دشت می‌باشد باعث آسیب‌پذیر شدن کل دشت می‌گردد. بر اساس نتایج بدست آمده به طورکلی تغییرات کم بارش و دما در آینده اثرات قابل توجهی بر تغدیه منابع آب زیرزمینی در منطقه خواهد داشت. نتایج ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی و نیاز آبیاری الگوی کشت منطقه نشان داد که میزان تبخیر و تعرق در تمامی ماه‌ها نسبت به دوره پایه افزایش یافته که این میزان برای سناریوی RCP 4.5 به طور متوسط حدود 5/2 درصد و برای سناریوی RCP 8.5 به طور متوسط حدود 1/4 درصد می‌باشد. مقدار افزایش نیاز آبی برای گیاهان مختلف قابل توجه نبوده و حداکثر برابر با 5/5 درصد می‌باشد. اما در مورد نیاز آبیاری میزان افزایش قابل توجه بوده و برای برخی از گیاهان تا حدود 18 درصد افزایش نیاز آبیاری ملاحظه می‌گردد. در بین گیاهان موجود در الگوی کشت منطقه بیشترین حساسیت نسبت به تغییر اقلیم در گندم، جو، زیره، پیاز و محصولات علوفه‌ای ملاحظه می‌شود، که با توجه به سطح کشت زیاد این محصولات (حدود 65 درصد از سطح کشت منطقه)، تغییر اقلیم می‌تواند اثر قابل توجهی بر میزان مصرف منابع آبی در سطح منطقه بگذارد. لذا با توجه به نتایج بدست آمده و الگوی کشت منطقه برای نیاز خالص آبیاری دشت تحت سناریوی RCP 4.5 حدود 7 درصد و تحت سناریوی RCP 8.5 حدود 11 درصد افزایش پیش‌بینی می‌گردد. که این مقدار با توجه به راندمان آبیاری در منطقه به ترتیب معادل 35 و 50 میلیون متر مکعب اضافه برداشت از آبخوان می‌باشد. این برداشت اضافی سالانه باعث افت 4/0 تا 8/0 متری سطح ایستابی در آبخوان می‌شود. لذا با توجه به شرایط بحرانی این دشت انجام اقدامات مدیریتی و پیشگیرانه برای مقابله با شرایط تغییر اقلیم در آینده کاملا ضروری به نظر می‌رسد. لذا به منظور مدیریت بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی، الگوی کشت بهینه برای جلوگیری از برداشت بی‌رویه و در تطابق با خشکسالی منابع آب زیرزمینی تعیین گردید. در این تحقیق برای تعیین خشکسالی منابع آب زیرزمینی یک شاخص جدید تحت عنوان شاخص GRDI با الهام از روش SPI و بر اساس برازش توابع توزیع احتمالی مختلف بر مقادیر تغذیه در نواحی مختلف در سطح دشت ارائه گردید. مقدار شاخص GRDI برای نواحی مختلف موجود در منطقه با استفاده از داده‌های آماری 30 ساله (2010-1980) محاسبه گردید. در هر یک از این نواحی با توجه به شرایط فیزیکی و آب و هوایی موثر بر نرخ تغذیه، یک تابع توزیع خاص برازش بهتری را نشان می‌داد. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص گردید که به تناوب در سال‌های مختلف در سطح دشت خشکسالی و ترسالی برای منابع آب زیرزمینی رخ داده است. با توجه به نتایج به دست آمده شاخص GRDI ارائه شده دارای چند ویژگی اساسی نسبت به سایر شاخص‌ها از جمله توانایی پیش‌بینی وقوع خشکسالی در منابع آب زیرزمینی، اعمال اثرات خصوصیات حوضه در تعیین خشکسالی منابع آب زیرزمینی، امکان استفاده از روش‌ها و مدل‌های مختلف برای تعیین شاخص، تمایز و تشخیص خشکسالی طبیعی از برداشت بی‌رویه از آبخوان، می‌باشد. لذا می‌توان از این شاخص در زمینه پیش‌بینی و سیستم‌های هشدار دهنده برای برنامه‌ریزی‌های مدیریتی استفاده نمود. در ادامه با استفاده از روش برنامه‌ریزی خطی الگوی کشت بهینه در سطح دشت برای سال های نرمال، تر و خشک تعیین شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی