پژوهش های کاربردی مهندسی آب

پژوهش های کاربردی مهندسی آب

بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی و اقلیمی بر اساس مدل‌سازی توزیعی بیلان آب: مطالعه موردی حوزه آبخیز لردگان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی محیط‏زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
2 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
چکیده
مدیریت صحیح منابع آب و استفاده از اراضی برای حفظ تعادل اکولوژیکی و پایداری خدمات اکوسیستم حیاتی است. تغییرات کاربری اراضی، از جمله تبدیل اراضی بایر و جنگل‏های مخلوط به مراتع، تأثیرات معناداری بر میزان برگاب، رواناب، تبخیر و تغذیه آب زیرزمینی دارند. در این مطالعه، تأثیر تغییر کاربری اراضی بر خدمات اکوسیستمی و پایداری محیط‏زیست در حوزه آبخیز لردگان با استفاده از مدل بیلان آبWetSpass-M  مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل با استفاده از داده‏های ورودی از ۹ ایستگاه هیدرواقلیمی واقع در حوزه آبخیز لردگان، تغییرات زمانی و مکانی در مولفه‏های بیلان آب را شبیه‏سازی کرده است. نتایج نشان می‏دهد که تغییر الگوی بارش و تعامل آن با دما و سایر عناصر اقلیمی در تبخیر و تعرق بالقوه و مصرف آب نقش دارند. این تحلیل تشریحی به بررسی دقیق این تأثیرات و ارائه راهکارهایی برای مدیریت بهینه منابع آب و حفظ خدمات اکوسیستمی می‏پردازد و دیدگاهی جامع در مورد تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر مولفه‏های مختلف چرخه آب ارائه می‏دهد. همچنین، استراتژی‏هایی برای حفاظت از منابع آب در برابر تغییرات آینده پیشنهاد می‏کند. در این مطالعه، تحلیل تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر مولفه‏های بیلان آب نشان داد که تغییرات کاربری از جنگل به مراتع و اراضی کشاورزی، به ویژه در جنگل‏های مخلوط که بیشترین سهم را در تغذیه آب زیرزمینی داشته‏اند، منجر به تغییرات قابل توجهی در تبخیر واقعی، رواناب و برگاب شده است. تصمیمات آگاهانه در مورد توسعه و استفاده از زمین میتواند به حفظ منابع آب، جلوگیری از فرسایش خاک، و حفاظت از تنوع‏زیستی کمک کند. نتایج حاصل از مدل‏سازی بیلان آب شبیه‏سازی رضایت بخشی از جریان کل خروجی حوزه آبخیز لردگان را نشان داده و بر اهمیت تغییرات کاربری اراضی در مدیریت منابع آب و توسعه پایدار تأکید دارند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Assessment of the Impact of Land Use and Climate Changes Based on a Distributed Water Balance Modeling: A Case Study of the Lordegan Watershed

نویسندگان English

Fatemeh Mohammadyari 1
khodayar Abdollahi 2
1 Assessment of the Impact of Land Use and Climate Changes Based on a Distributed Water Balance Modeling: A Case Study of the Lordegan Watershed
2 Department of Nature Engineering Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
چکیده English

Effective management of water resources and land use is essential for maintaining ecological balance and the sustainability of our vital ecosystem services. This study examines how land use changes affect ecosystem services and environmental sustainability in the Lordegan watershed, utilizing a water balance model. Land use changes, including the conversion of barren lands and mixed forests to rangelands, significantly affect interception, runoff, evaporation, and groundwater recharge. The model simulates temporal and spatial changes in water balance components using input data from nine hydro-climatic stations located in the Lordegan watershed. The results indicate that changes in precipitation patterns and their interaction with temperature and other climatic elements influence potential evapotranspiration and water consumption. This detailed analysis examines these impacts and provides recommendations for optimal water resource management and ecosystem service preservation, offering a comprehensive view of the effects of land use changes on various components of the water cycle. It also proposes strategies for conserving water resources against future changes. The study's analysis of land use changes and their impact on water balance components reveals that the transition from forests to rangelands and agricultural lands, particularly in mixed forests with the highest contribution to groundwater recharge, has led to significant changes in actual evaporation, runoff, and interception. Informed decisions regarding land development and use can help preserve water resources mangers, prevent soil erosion, and protect biodiversity. The water balance results demonstrate satisfactory simulation of the total streamflow from the Lordegan watershed and underscore the importance of land use changes in water resource management and sustainable development.

کلیدواژه‌ها English

Ecosystem Services
Groundwater nutrition
Land use change
Water budget in the hydrological cycle
Abbaspour, K. C., Faramarzi, M., Ghasemi, S. S., & Yang, H. (2009). Assessing the impact of climate change on water resources in Iran. Water resources research, 45(10).
Abdollahi, K., Bashir, I., & Batelaan, O. (2012). WetSpass graphical user interface. Cartography of Higher Swiss Education.
Abdollahi.K. & Bashir.K., Batelaan.o. (2012). Wetspass Graphical user Interface. Version 31-05-Vrije university Brussel, Department of hydrology and hydraulic engineering.
Abdollahi, K., Bashir, I., Verbeiren, B., Harouna, M. R., Van Griensven, A., Huysmans, M., & Batelaan, O. (2017). A distributed monthly water balance model: formulation and application on Black Volta Basin. Environmental Earth Sciences, 76, 1-18.
Alavi Panah, K. (2010). The application of remote sensing in earth sciences (soil sciences), Tehran Press University, p. 438.
Amiri, M., Salem, A., & Ghzal, M. (2022). Spatial-temporal water balance components estimation using integrated GIS-based wetspass-M model in Moulouya Basin, Morocco. ISPRS International Journal of Geo-Information, 11(2), 139.
Aslam, M., Arshad, M., Singh, V. P., & Shahid, M. A. (2022). Hydrological modeling of aquifer’s recharge and discharge potential by coupling WetSpass and MODFLOW for the Chaj Doab, Pakistan. Sustainability, 14(8), 4421
Burnett, C., & Blaschke, T. (2003). A multi-scale segmentation/object relationship modelling methodology for landscape analysis. Ecological modelling, 168(3), 233-249.
Chan, J. C. W., Chan, K. P., & Yeh, A. G. O. (2001). Detecting the nature of change in an urban environment: A comparison of machine learning algorithms. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 67(2), 213-226.
Chen, H., Xu, C. Y., & Guo, S. (2012). Comparison and evaluation of multiple GCMs, statistical downscaling and hydrological models in the study of climate change impacts on runoff. Journal of hydrology, 434, 36-45.
 
Coppin, P., Jonckheere, I., Nackaerts, K., Muys, B., & Lambin, E. (2004). Review ArticleDigital change detection methods in ecosystem monitoring: a review. International journal of remote sensing, 25(9), 1565-1596.
Demissie, E. S., Gashaw, D. Y., Altaye, A. A., Demissie, S. S., & Ayele, G. T. (2023). Groundwater recharge estimation in upper Gelana watershed, South-Western main Ethiopian rift valley. Sustainability, 15(3), 1763.v
Dowlatabadi, S., Amirabadizadeh, M., & Zarei, M. (2024). Coupling of WetSpass-M and MODFLOW models for groundwater flow assessment. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 57(2), qjegh2023-138.
Ficklin, D. L., Luo, Y., Luedeling, E., & Zhang, M. (2009). Climate change sensitivity assessment of a highly agricultural watershed using SWAT. Journal of hydrology, 374(1-2), 16-29.
Gibson, P. J., & Power, C. H. (2000). Introductory remote sensing: Digital image processing and applications. Routledge, 249 pp.
Giri, C., Zhu, Z., & Reed, B. (2005). A comparative analysis of the Global Land Cover 2000 and MODIS land cover data sets. Remote sensing of environment, 94(1), 123-132.
González‐Hidalgo, J. C., De Luis, M., Raventós, J., & Sánchez, J. R. (2001). Spatial distribution of seasonal rainfall trends in a western Mediterranean area. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 21(7), 843-860
Hathout, S. (2002). The use of GIS for monitoring and predicting urban growth in East and West St Paul, Winnipeg, Manitoba, Canada. Journal of Environmental management, 66(3), 229-238
IPCC T ECNICAL, 1995. Guidelines for Assessing Climate Change Impacts and Adaptations Middle East Water Commission. UNEP, 19971995 (also in Arabic, Chinese, French, Russian, and Spanish).
Jung, I. W., & Chang, H. (2011). Assessment of future runoff trends under multiple climate change scenarios in the Willamette River Basin, Oregon, USA. Hydrological processes, 25(2), 258-277.
Lambin, E. F. (1997). Modelling and monitoring land-cover change processes in tropical regions. Progress in physical geography, 21(3), 375-393.
Li, Z., Eladly, A. S., Amen, E. M., Salem, A., Hassanien, M. M., Yahya, K. E., & Liang, J. (2024). Spatial–Temporal Water Balance Evaluation in the Nile Valley Upstream of the New Assiut Barrage, Egypt, Using WetSpass-M. Water, 16(4), 543.
Lu, D., Mausel, P., Brondizio, E., & Moran, E. (2004). Change detection techniques. International journal of remote sensing, 25(12), 2365-2401.
Mulie Asrade, T. (2024). Application of coupled WetSpass-M and MODFLOW models to estimate spatial–temporal water balance components in the Chemoga watershed, Ethiopia. Water Practice & Technology, 19(9), 3833-3854.
Muñoz-Villers, L. E., & McDonnell, J. J. (2013). Land use change effects on runoff generation in a humid tropical montane cloud forest region. Hydrology and Earth System Sciences, 17(9), 3543-3560.
Nash, J. E., & Sutcliffe, J. V. (1970). River flow forecasting through conceptual models' part I—A discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3), 282-290.
Neupane, R. P., & Kumar, S. (2015). Estimating the effects of potential climate and land use changes on hydrologic processes of a large agriculture dominated watershed. Journal of Hydrology, 529, 418-429.
Nori, W., Sulieman, H. M., & Niemeyer, I. (2009, July). Detection of land cover changes in El Rawashda Forest, Sudan: A systematic comparison. In 2009 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (Vol. 1, pp. I-88). IEEE.
Rasooli A. A. (2009). Principles of Remote Sensing, Tabriz University Publications, Tabriz, p. 777.
Riebsame, W. E., Meyer, W. B., & Turner, B. L. (1994). Modeling land use and cover as part of global environmental change. Climatic change, 28(1), 45-64.
Salem, A., Dezső, J., & El-Rawy, M. (2019). Assessment of groundwater recharge, evaporation, and runoff in the Drava Basin in Hungary with the WetSpass Model. Hydrology, 6(1), 23.
Scheffler, R., Neill, C., Krusche, A. V., & Elsenbeer, H. (2011). Soil hydraulic response to land-use change associated with the recent soybean expansion at the Amazon agricultural frontier. Agriculture, Ecosystems & Environment, 144(1), 281-289
Shalaby, A. D. E. L., Ghar, M. A., & Tateishi, R. (2004). Desertification impact assessment in Egypt using low resolution satellite data and GIS. International journal of environmental studies, 61(4), 375-383.
Rajeswari, V. R., & Reddy, S. N. (2019). Change Detection Analysis using Landsat Multi-Temporal Imagery and GIS Techniques: A Case Study for Tirupati, South India. i-manager's Journal on Image Processing, 6(2), 34.
Tadesse, G., & Jothimani, M. (2024). Assessing Groundwater Recharge in the Wabe River Catchment, Central Ethiopia, through a GIS-Based Distributed Water Balance Model. Earth, 5(1), 20-44.
Yenehun, A., Dessie, M., Nigate, F., Belay, A. S., Azeze, M., Van Camp, M., ... & Walraevens, K. (2022). Spatial and temporal simulation of groundwater recharge and cross-validation with point estimations in volcanic aquifers with variable topography. Journal of Hydrology: Regional Studies, 42, 101142.
World Bank. (2007). Dhaka: Improving living conditions for the urban poor. Bangladesh Development Series, Paper No. 17.
دوره 2، شماره 1
تیر 1403
صفحه 57-68

  • تاریخ دریافت 27 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 21 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 24 مهر 1403