تاثیر تغییرکاربری اراضی بر رواناب با استفاده از مدل swat در حوزه آبخیز تجن

مقدمه و هدف: تغییر کاربری/پوشش زمین در یک منطقه معین نتیجه مسائل زیست‌محیطی و اجتماعی- اقتصادی و همچنین فعالیت‌های انسانی در طول زمان و مکان است. افزایش و کاهش در رشد جمعیت در سیستم، اقلیم، توسعه مالی و عناصر فیزیکی مانند مناظر، وضعیت درجه و نوع خاک همگی بر تغییرات پوشش زمین کاربری (lulc) تاثیر دارند. بررسی پژوهش‌های صورت گرفته و مستند در خصوص تاثیر تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضه آبخیز، بیانگر آن است که تحقیقات زیادی در این زمینه در سطح ایران و جهان صورت گرفته است. اما تاکنون در زمینه تاثیر الگوی سیمای سرزمین و روند شاخصه‎های آن مشاهده نشده است.در این مطالعه با در نظرگرفتن یک دوره زمانی 20 ساله در حوزه تجن با استفاده از مدل swat تحت سناریوهای تداوم روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندهای تغییر سیمای سرزمین و نیز سناریوهای مدیریتی، رواناب حوزه آبخیز تجن بررسی شد. هم‌چنین با بررسی ارتباط پارامترهای جریان با سنجه‎های سیمای سرزمین امکانات بالقوه استفاده از سنجه‎های سیمای سرزمین در مدیریت رواناب حوزه آبخیز را موردتوجه قرار دهد. مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعاتی حوضه رودخانه تجن (حدود 4000 کیلومتر مربع) است که توسط کوه‎های البرز در جنوب و دریای خزر در شمال احاطه شده و در استان مازندران واقع شده است. با استفاده از مدل هیدرولوژیکی swat شاخص جریان هیدرولوژیکی محیطی بررسی شد. مدل swat یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیع شده و پیوسته است که برای مدیران منابع آب ایجاد شده است تا با در نظر گرفتن تاثیر شیوه‌های مدیریتی مختلف بر جریان رودخانه و آلودگی غیر نقطه‌ای، مناسب‌ترین استراتژی یا راه‌حل را انتخاب کنند. سپس در ادامه با بهره‎گیری از نقشه های کاربری اراضی منطقه تحت دوره زمانی 1991، 1995، 2000، 2010 ،2016 ،2020 از نظر تغییرات سیمای سرزمین، میزان شدت جریان حوزه مورد بررسی قرار گرفت. دوره‎های واسنجی و صحت‌سنجی باتوجه به موجود بودن آمار ایستگاه هیدرومتری واقع بر رودخانه تجن به‎ترتیب 2012-1997 و 2018-2013 انتخاب شده‌اند. یافته‌ها: نتایج شبیه‎سازی نشان داد که مدل swat قابلیت شبیه‌سازی خوبی را در برآورد جریان ایستگاه های هیدرومتری کردخیل، پرویج، ریگ چشمه، ورند، واستان، گرم رود، کرچای و علی‎آباد دارد. شاخص‌های efc که به جریان‌های کم ماهانه، جریان‌های بسیار کم، پالس‌های جریان بالا، سیل‌های کوچک و سیل‌های بزرگ تقسیم می‌شوند نیز در این مطالعه در نظر گرفته شدند زیرا این اطلاعات برای حفظ یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه بسیار مهم است. اولین گروه efc جریان کم ماهانه جریان سطحی را نشان می‌دهد، بنابراین هرگونه تغییر در این پارامترها می‌تواند با در دسترس‌بودن جریان سطحی مرتبط باشد. اساساً، کاهش جزئی در جریان کم ماهانه را می‌توان در ماه‌های آوریل، می و اکتبر تا دسامبر 0.2٪ تا 1.1٪ براساس پیش‌بینی میانگین مجموعه در مقابل، جریان‌های کم ماهانه از جولای تا سپتامبر، درنظر گرفت. پیش‌بینی می‌شود در سطح اطمینان 95 درصد به‎میزان قابل‎توجهی بین 4/3 تا 9/4 درصد افزایش یابد. در حالت کلی فرایند جریان با استفاده از swat output wiever برآورد شد. پس از بررسی و قابلیت مدل در تاثیر کاربری اراضی و تاثیر آن بر میزان رواناب، نتایج نشان داد که میزان رواناب در پوشش‌ سرزمین‌ افزایش‌ خواهد یافت‌، لذا‌ ضروری‌ است‌ استراتژی‌ هایی‌ جهت‌ مدیریت روانآب رودخانه‌ صورت گیرد. دلیل پایین ‌بودن نتایج در یکسری ایستگاه‌ها به‎خاطر کمبود تعداد ایستگاه باران‌سنج و سینوپتیک در مناطق برای ثبت بارش شدید در مقیاس روزانه با پوشش فضایی بهتر بود. نتیجه‌گیری: در مطالعه‌ حاضر، مدل‌سازی‌ swat و آنالیز تغییرات سرزمین‌ به‌‌عنوان ابزارهای‌ برنامه‌‌ریزی‌ نو جهت‌ بررسی‌ پویایی‌ سرزمین‌ در حوزه آبخیز تجن از سال 1990 تا 2020 بررسی‌ گردید. نتایج‌ آنالیز تغییرات طی‌ سال‌های‌ 2020-1990، کاهش‌ جنگل‌ را به‎میزان 1211 هکتار نشان داد. بیشترین‌ جنگل‌‌زدایی‌ در حاشیه‌ اراضی‌ کشاورزی‌ قبلی‌ به‌علت‌ دسترسی‌ بهتر مشاهده گردید. به‌علاوه افزایش‌ رشد جمعیت‌، استفاده چوب جنگل‌ به‌عنوان سوخت‌، ساخت‌ و ساز و تعمیر خانه‌های‌ روستائیان دلایل‌ دیگر جنگل‌‌زدایی‌ در منطقه‌ مورد مطالعه‌ است. از دیگر دلایل‌ تخریب‌ اراضی‌ جنگلی‌ را می‌توان به‌ چرای‌ دام مرتبط‌ دانست‌. مشابه‌ سایر مطالعات مدل‌سازی‌، نتایج‌ ارائه‌شده در این‌ تحقیق‌ شامل‌ محدودیت‌‌های‌ ذاتی‌ مختلف‌ می‌باشند و عدم قطعیت‌ مدل‌سازی‌ به‌علت‌ کاربرد شبیه‌سازی‌ جریان پوشش‌ سرزمین‌ در مدل هیدرولوژی‌ چند برابر شد. این‌ مطالعه‌ به‌وضوح اثرات شرایط‌ تغییر پوشش گیاهی در حوزه آبخیز تجن را در چند بازه پیش‌بینی‌ کرد. اگرچه‌، کاهش‌ در دسترس ‌بودن آب در اواخر بهار و تابستان می‌تواند میزان آب جهت‌ آبیاری‌ در پایین‌دست‌ حوزه را به‌خطر اندازد، مگر اینکه‌ مدیریت‌ مناسب‌ آب و ذخیره آن همراه با استفاده و مدیریت‌ بهتر رواناب اجرا شود. نتایج‌ این‌ مطالعه‌ به‌‎ویژه اهمیت‌ پوشش‌ سرزمین‌ که‌ می‌تواند اثر اندک، کاهش‌ و یا افزایش‌ بر کمیت‌ آب داشته‌ باشد را تایید کرد. همچنین‌ این‌ مطالعه‌ اطلاعات ارزشمند و مهمی‌ را که برای‌ تصمیم‌سازان به‌منظور طراحی‌ سناریوهای‌ سازگار منطبق‌ با اصول توسعه‌ پایدار است، فراهم‌ می‌کند. در نهایت، نتایج‌ این‌ مطالعه‌ به‌‎ویژه اهمیت‌ پوشش‌ سرزمین‌ که‌ می‌‌تواند اثر اندک، کاهش‌ یا افزایش‌ بر کمیت‌ آب داشته‌ باشد را تایید کرد. همچنین‌ این‌ مطالعه‌ اطلاعات ارزشمند و مهمی‌ را برای‌ تصمیم‌ سازان به‎منظور طراحی‌ سناریوهای‌ سازگار منطبق‌ با اصول توسعه‌ پایدار که‌ هدف آن مدیریت جریان است را فراهم‌ می‌‎کند. 

the effect of land use change on runoff using the swat model in the tajan watershed

extended abstractbackground: land use/land cover (lulc) change in a specific area results from environmental and socioeconomic issues, as well as human activities over time and space. increases and decreases in population growth in the system, climate, financial development, and physical elements, such as landscapes, soil grade, and type all influence lulc changes. the examination of conducted and documented research regarding the impact of land use change on the hydrological response of a watershed indicates that numerous studies have focused on this field both in iran and globally. however, the effect of the pattern of landscape and the trend of its characteristics has not been observed to date. in this study, the processes of changing the landscape of the land,  management scenarios, and the runoff of the tajan watershed were investigated taking into account a 20-year period in the basin using the swat model under the scenarios of the continuation of land use changes. the relationship between flow and topography parameters was examined to take into consideration the potential possibilities of using topography parameters in watershed management.methods: the study area is the tajan river basin (about 4000 km2) surrounded by the alborz mountains in the south and the caspian sea in the north, located in mazandaran province. the environmental hydrological flow index was investigated using the swat hydrological model, which is a semi-distributed, continuous hydrological model developed for water resource managers to select the most appropriate strategy or solution by considering the impact of various management practices on river flow and non-point source pollution. then, the flow intensity of the area was investigated using the land use maps of the region under the periods 1991, 1995, 2000, 2010, 2016, and 2020 in terms of the changes in the landscape. calibration and validation periods were selected based on the availability of hydro-metric station statistics located on the tajan river for the years 1997-2012 and 2013-2018, respectively.results: the simulation results showed good simulation capability of the swat model in estimating the flow of kordakhail, parvij, rigcheshmeh, varand, vastan, garmrood, karchai, and aliabad hydrometric stations. efc indicators, which are categorized into low monthly flows, very low flows, high flow pulses, small floods, and large floods, were also considered in this study because they are crucial for maintaining the ecological integrity of the river. the first efc group, low monthly flow, represents surface flow, indicating that changes in these parameters could be associated with the availability of surface flow. essentially, a minor decrease in low monthly flow can be observed in april, may, and october to december, ranging from 0.2% to 1.1% based on the average forecast of the ensemble. conversely, low monthly flows from july to september are expected to increase significantly by 4.3% to 9.4% at a 95% confidence level. overall, the flow process was estimated using the swat output viewer. after examining the capability of the model for the effect of its effect on the amount of runoff, the results showed that the amount of runoff will increase in the land lulc, it is necessary to develop strategies for the river runoff management. the reason for the low results at some stations was the lack of a sufficient number of the rain gauge and synoptic stations in the areas to record heavy rainfall on a daily scale with better spatial coverage. conclusion: in the present study, the swat modeling and land change analysis were investigated as new planning tools to investigate land dynamics in the tajen watershed from 1990 to 2020. the results of the analysis of changes during the years 1990-2020 showed the reduction of forests by 1211 hectares. the most deforestation was observed in the margins of former agricultural lands due to better access. in addition to the increase in population growth, the use of forest wood as fuel and the construction and repair of villagers’ houses are other reasons for deforestation in the study area. the destruction of forest lands can also be attributed to livestock grazing. similar to other modeling studies, the results presented in this research include various inherent limitations, and the modeling uncertainty was multiplied due to the application of land cover flow simulation in the hydrology model. this study clearly predicted the effects of vegetation change conditions in the tajen watershed in several intervals. however, the decrease in water availability in late spring and summer can jeopardize the amount of water for irrigation downstream the basin, unless proper water management and storage is implemented along with better use and management of runoff. the results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small effect, decrease, or increase the amount of water. moreover, this study provides valuable and important information for decision-makers to design compatible scenarios in accordance with the principles of sustainable development, which aims to manage the flow. finally, the results of this study especially confirm the importance of land cover, which can have a small, decreasing, or increasing effect on water quantity.