مدل‌سازی بارش-رواناب به‌منظور پیش‌بینی حداکثر جریان روزانه در شرایط تغییر اقلیم

مقدمه و هدف: یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در سال‌های اخیر مساله تغییر اقلیم و اثرات آن بر منابع آبی است که به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین زمینه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان محسوب می‌شود. دو نشانه‌ی بارز و مشخص تغییر اقلیم تغییر در میانگین و مقادیر حدی متغیرهای اقلیمی است که می‌تواند احتمال بروز سیلاب‌ها را افزایش دهد و آثار زیانباری را در پی داشته باشد. به همین دلیل لازم است تا اثر تغییر اقلیم بر سیلاب حوضه‌ها در دوره‌های آتی بررسی گردد.مواد و روش ها: در این تحقیق با استفاده از داده‌های روزانه بارش و دمای مشاهده‌شده در دوره 2005-1961 ایستگاه‌های سینوپتیک و کلیماتولوژی داخل و اطراف حوزه آبخیز بختیاری اثر تغییر اقلیم موردبررسی قرار گرفت. برای پیش‌بینی بارش و دما در آینده از داده‌های مدل گردش عمومی canesm2 تحت سناریوهای حدی 6/2rcp و 5/8rcp برای متغیرهای اقلیمی در دوره‌های 2006 تا 2100 استفاده شد. معیارهای موثر در ریزمقیاس نمایی با توجه به میزان همبستگی متغیرهای پیش‌بینی کننده و پیش‌بینی شونده پایگاه ncep انتخاب شد. سپس از مدل نیمه توزیعی mordor-sd برای ارزیابی اثرات تغیر اقلیم بر میزان رواناب استفاده شد. این مدل با استفاده از داده‌های روزانه بارش و دما و دبی‌های مشاهده‌ای در ایستگاه تنگ پنج بختیاری در دوره آماری 2006-1976 واسنجی و اعتباریابی شد. اعمال نتایج تغییرات داده‌های بارش و دمای به‌دست‌آمده از مدل sdsm تحت دو سناریوی ذکرشده و بازتولید آن‌ها به تعداد بسیار زیاد به روش بوت استرپ ناپارامتری و جایگزینی رویدادهای حداکثر روزانه حاصل از آن در مدل هیدرولوژیکی دستیابی به حداکثر جریان روزانه و احتمال مربوط به آن را ممکن ساخت. پس از پایان شبیه‌سازی و محاسبه تابع توزیع تجمعی رویدادهای شبیه‌سازی شده مقادیر حداکثر دبی‌های روزانه در دوره بازگشت‌های مختلف محاسبه شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که پارامترهای دما و بارش تحت سناریوهای 6/2rcp و 8/5rcp با متوسط معیارهای ارزیابی 1/29 mae=1/96, rmse= و 0/56nash=برای بارش به‌طور متوسط 5/4 تا 11 درصد کاهش نسبت به دوره پایه و برای دما با معیارهای ارزیابی2/71=mae=2/27، rmse و0/92=nash از 6/5 تا 10/4 درصد افزایش نسبت به دوره پایه را به دنبال دارد. نتایج معیارهای ارزیابی نش-ساتکلیف و کلینگ- گوپتا به ترتیب 0/76 و 0/83 است که نشان از توانایی قابل‌قبول مدل هیدرولوژیکی در شبیه‌سازی است.نتیجه‌گیری: نتایج نهایی تحقیق نشان داد که حداکثر دبی‌های روزانه شبیه‌سازی‌شده با استفاده از داده‌های سناریوی 8/5 در دوره بازگشت‌های مختلف، مقادیر بیشتری را نسبت به حداکثر دبی‌های روزانه در سناریوی 2/6 نشان می‌دهد اما نسبت به داده‌های حداکثر روزانه در دوره پایه تغییر قابل‌توجهی وجود ندارد.

rainfall-runoff modeling to predict maximum daily flow under climate change conditions

introduction and objective: one of the most important challenges in recent years is the issue of climate change and its effects on water resources, which is considered one of the main areas of research around the world. two obvious signs of climate change are changes in the mean and extreme values of climate variables that can increase the probability of flood occurrence. therefore, it is necessary to study the effect of climate change on floods in the future.material and methods: in this study, using the observed daily data of precipitation and temperature in the period 1961-2005 synoptic and climatological stations inside and around the bakhtiary catchment, the effect of climate change was investigated. to predict future precipitation and temperature, the data of the canesm2 general circulation model under rc 2.6 and rcp 8.5 scenarios for climate variables for the period 2006 to 2100 were used. the effective criteria in downscaling were selected according to the correlation between the predictor and predictands variables from the ncep-ncar reanalysis database. then the mordor-sd semi-distributed models were used to evaluate the effects of climate change on runoff. this model was calibrated and validated using daily rainfall, temperature, and observation data at tang-e-panj bakhtiary station for the period 1976-2006. applying the results of changes in precipitation and temperature data obtained from the sdsm model under the two scenarios mentioned and reproducing them in large numbers by nonparametric bootstrap method and replacing the resulting maximum daily events in the hydrological model to achieve maximum daily flood and probability made it possible. at the end of the simulation and calculation of the cumulative distribution function (cdf) of the simulated events, the maximum daily discharge values in different return periods were calculated. results: the results showed that, temperature and precipitation parameters under rcp 2.6 and rcp 8.5 scenarios with average evaluation criteria mae = 1.29, rmse = 1.96 and nash = 0.56 for precipitation decreased by an average of 5.4 to 11% compared to the base period for temperature with evaluation criteria of mae= 2.27, rmse= 2.71 and nash 0.92 = from 6.5 to 10.4% increase compared to the base period. the results of the nash-sutcliffe and kling-gupta evaluation criteria are 0.76 and 0.83, respectively, which shows the acceptable ability of the hydrological model in the simulation. the results of the study showed that the maximum daily discharges simulated using scenario 8.5 in different return periods show higher values than the maximum daily discharges in scenario 2.6 but there is no significant change compared to the maximum daily data in the base period. conclusion: in general, it can be said that the use of climate data in the future for planning in the field of integrated water resources management and prevention of natural hazards such as extreme floods and droughts can be a useful tool for planning managers.