SUPERVISOR
Mohammad Javad Zareian,Sayyed-Saeid Eslamian
محمد جواد زارعیان (استاد مشاور) سیدسعید اسلامیان (استاد راهنما)
STUDENT
Saeid Toghiani Khorasgani
سعید طغیانی خوراسگانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Simulation of Plasjan streamflow influenced by climate change using WetSpa model
In recent decades, water scarcity has become a global problem due to global population growth and increasing per capita water consumption. Increasing greenhouse gases in recent decades and rising temperatures have caused widespread climate change in most parts of the globe. Therefore, awareness of the climate and water resources in each region is an important step in planning and managing water resources and preventing potential hazards such as future floods and droughts. From this perspective, hydrological modeling in watersheds is important. This study aimed to investigate and evaluate the flow of the Plasjan River, using the WetSpa hydrological model in future periods, affected by climate change in the Eskandari Watershed, which is one of the sub-basins of the Zayandehrood River. In this study, the synoptic Daran and Fereydoon Shahr stations were used to collect meteorological data in the Eskandari basin and daily data of the Eskandari hydrometric station located at the outlet of the basin were used to study the flow of the Plasjan River.In order to conduct the present study, the ability of WetSpa model to simulate river flow was firstly evaluated and the watershed maps were extracted using WetSpa model. Then, the ability of the LARS-WG model to evaluate the exponential scaling of GCM general circulation model’s data was evaluated.Then, using the LARS-WG model, climatic data were generated in the near future (2021-2040) and the distant future (2041-2060) under different scenarios RCP 2.6, RCP4.5, RCP 8.5.The WetSpa model calibration and validation process was then performed. Future climatic data generated in the previous step, along with digital elevation maps, soil texture and land use, were input to the WetSpa model. And river runoff was calculated in the near future. The results of the calibration and validation of the WetSpa model showed that the model has an acceptable ability to simulate river flow. According to the studies, if the Nash Sutcliffe coefficient is obtained between 0.50 and 0.65, it indicates good and acceptable model capability in simulating basin hydrological processes. In this study, the Nash Sutcliffe coefficient was 0.55 in the calibration stage and 0.54 in the validation stage. Which showed that the model has a relatively good ability to simulate flow in the basin. To evaluate the LARS-WG model, maximum and minimum precipitation and temperature statistics during the baseline period 1992 to 2005 were used. The results of the study of the effect of climate change on the temperature component of the region showed that the temperature of the study area is about 1.5 to 3 ° C by 2040 (near future) and 2.5 to 4.3 ° C by 2060 (far future). will increase. The results show that temperatures will rise throughout the year except January, with the highest increase in July. Also, the effects of climate change on precipitation component showed that precipitation increased in March, October and November and decreased in other months. The percentage of increase in precipitation will be between 7 and 37 percent. The highest drop in precipitation will be in May and around 27% under the RCP8.5 scenario in the near future. The results also show that basin surface runoff will decrease in all months to 2060, compared to baseline, under all climate change patterns. The largest reduction in runoff over the base period will occur in April. Runoff will also decrease by 2060 at the basin outlet, in the most optimistic state, by 15% and in the most optimistic state, by about 65% over the baseline period. Keywords: Climate Change, Surface Runoff, Plasjan River, RCP Scenarios, WetSpa Hydrological Model
در دهه های اخیر با توجه به رشد جمعیت جهان و همچنین افزایش مصرف سرانه آب، کمبود آب به معضلی جهانی تبدیل شده است. افزایش گازهای گلخانه ای در چند دهه اخیر و افزایش دمای ناشی از آن، تغییرات اقلیمی گسترده ای را در اغلب نواحی کره زمین به وجود آورده است. بنابراین آگاهی از وضعیت اقلیمی و منابع آب در هر منطقه، گامی مهم در جهت برنامه ریزی و مدیریت منابع آب و جلوگیری از خطرات احتمالی از قبیل سیلاب و خشکسالی در آینده می باشد.از این منظر، مدل سازی هیدرولوژیک در حوضه های آبخیز از اهمیت بالایی برخوردار است. این تحقیق با هدف بررسی و ارزیابی جریان رودخانه پلاسجان، با استفاده از مدل هیدرولوژیک WetSpa در دوره های آینده، تحت تأثیر تغییرات اقلیمی در حوضه آبخیز اسکندری که یکی از زیر حوضه های زاینده رود می باشد، انجام شد. در این پژوهش از ایستگاه های سینوپتیک داران و فریدون شهر به منظور جمع آوری اطلاعات هواشناسی در حوضه اسکندری استفاده شده است و به منظور مطالعه جریان رودخانه پلاسجان، از داده های روزانه ایستگاه هیدرومتری اسکندری، واقع در خروجی حوضه استفاده شده است. برای انجام پژوهش حاضر، ابتدا به ارزیابی توانایی مدل WetSpa در شبیه سازی جریان رودخانه پرداخته شد و نقشه های حوضه مورد مطالعه، با استفاده از مدل WetSpa استخراج گردید. سپس توانایی مدل LARS-WG در ریز مقیاس نمایی خروجی داده های مدل های گردش عمومی GCM، مورد ارزیابی قرار گرفت. و پس از آن با استفاده از مدل LARS-WG ، داده های اقلیمی در دوره آینده نزدیک (2021-2040) و آینده دور (2041-2060) تحت سناریو های مختلف RCP 2.6، RCP4.5 ، RCP 8.5 تولید گردید. سپس فرایند واسنجی و صحت سنجی مدل WetSpa انجام شد. داده های اقلیمی آینده که در مرحله قبل تولید شد، به همراه نقشه های رقومی ارتفاع، بافت خاک و کاربری اراضی به عنوان ورودی به مدل WetSpa وارد گردید. و رواناب رودخانه در دوره های آینده نزدیک و دور محاسبه شد. نتایج حاصل از واسنجی و صحت سنجی مدل WetSpa نشان داد که مدل توانایی قابل قبولی در شبیه سازی جریان رودخانه دارد. مطابق مطالعات انجام شده چنانچه ضریب نش ساتکلیف بین 50/0 تا 65/0 به دست آید نشان دهنده توانایی خوب و قابل قبول مدل در شبیه سازی فرایندهای هیدرولوژیک حوضه می باشد. در این مطالعه در مرحله واسنجی ضریب نش ساتکلیف برابر 55/0و در مرحله صحت سنجی برابر 54/0 بدست آمد. که نشان داد مدل توانایی نسبتا خوبی در شبیه سازی جریان، در حوضه را دارد. برای ارزیابی مدل LARS-WG ، از آمار بارش و دمای حداکثر و حداقل در دوره آماری پایه 1992 تا 2005 استفاده شد. نتایج بررسی اثر تغییر اقلیم بر مؤلفه دما منطقه نشان داد که دمای منطقه مورد مطالعه در حدود 5/1 تا 3 درجه سانتی گراد تا سال 2030 ( آینده نزدیک) و 5/2 تا 3/4 درجه سانتی گراد تا سال2060 ( آینده دور) افزایش خواهد یافت. نتایج نشان داد که دما در تمامی ماه های سال به جز ژانویه، افزایش خواهد یافت و بیشترین افزایش دما مربوط به ماه جولای خواهد بود. همچنین نتایج اثر تغییر اقلیم بر مؤلفه بارش نشان داد که بارش در ماه های مارس، اکتبر و نوامبر، افزایش و در بقیه ماه ها کاهش می یابد. میزان درصد افزایش بارش بین 7 تا 37 درصد خواهد بود. بیشترین میزان کاهش بارش مربوط به ماه می و در حدود27 درصد تحت سناریوRCP8.5 درآینده دور خواهد بود. همچنین نتایج نشان داد که میزان رواناب سطحی حوضه، نسبت به دوره پایه، تحت همه الگوهای تغییر اقلیم، در همه ماه ها تا سال 2060 کاهش خواهد یافت. بیشترین میزان کاهش رواناب نسبت به دوره پایه،در ماه آپریل، رخ خواهد داد. همچنین میزان رواناب تا سال 2060 در خروجی حوضه، در خوش بینانه ترین حالت، 15 و در بد بینانه ترین حالت، در حدود 65 درصد نسبت به دوره پایه، کاهش خواهد یافت. کلمات کلیدی: تغییر اقلیم،رواناب سطحی، رودخانه پلاسجان، سناریوهای RCP، مدل هیدرولوژیک WetSpa