بررسی اثرات توام تغییر اقلیم و عوامل انسانی بر تولید آب با بهره‌گیری از مدلسازی خدمات اکوسیستمی در حوضه آبریز فرامرزی رودخانه هیرمند

نوع مقاله : مقاله مستخرج از پایان نامه

نویسندگان
نگین کاظمی 1
لعبت زبردست 1
رقیه کرمی 2
1 گروه برنامه ریزی، مدیریت محیط زیست و HSE، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 گروه مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی، پژوهشکده تالاب بین‌المللی هامون، پژوهشگاه زابل، زابل، ایران
10.22034/he.2025.534185.1120
چکیده
محدودیت منابع آب همواره بر برنامه‌ریزی‌های محیط‌زیستی تاثیرگذار بوده است. این مسئله به ویژه در مورد منابع آب فرامرزی، که برنامه‌ریزی و مدیریت آنها مربوط به دو یا چند کشور همسایه بوده و هر گونه تغییر و کنترل منابع آبی، بر شرایط محیط‌زیستی و رفاه و معیشت انسانی در کشور پائین دست تاثیر گذار است، بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در پژوهش حاضر، مدل‌سازی تولید آب به عنوان یکی از خدمات حیاتی اکوسیستمی در حوضه آبریز فرامرزی هیرمند صورت گرفته است. بدین منظور ابتدا، اطلاعات مربوط به رودخانه هیرمند با استفاده از مرور منابع و پژوهش‌های صورت گرفته گردآوری و سپس مرز محدوده حوضه مطالعاتی مشخص گردید. اطلاعات مورد استفاده برای مدلسازی، تغییرات فاکتورهای اقلیمی سه دوره زمانی با فاصله 10 ساله شامل سال‌های 2002، 2012 و 2022 شامل دمای کمینه و بیشینه، بارندگی، تبخیر و تعرق بالقوه، ساعت آفتابی (تابش) و فاکتور‌های مرتبط با خاک و زمین شامل عمق محدود کننده ریشه و آب قابل دسترس گیاه در خاک و نقشه‌های کاربری‌اراضی و پوشش‌زمین می‌باشند. جهت برآورد میزان تولید آب در حوضه آبریز مورد بررسی، از مدل مربوط به تولید آب نرم‌افزارInVEST 3.3.2 بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از تفسیر تصاویر ماهواره‌ای مربوط به کاربری اراضی در سه بازه زمانی مختلف بیانگر وسعت کاهش پهنه‌های آبی است. علاوه بر آن تحلیل‌های مرتبط با تولید آب، نشان می‌دهند که حجم کل آب تولید شده در حوضه، در سال 2002، 5.14 میلیون مترمکعب بوده، این مقدار در سال‌های 2012 و 2022 به ترتیب به 4.23 میلیون مترمکعب و 3.87 میلیون مترمکعب رسیده است. این روند کاهشی تولید آب در حوضه آبریز هیرمند که به میزان تقریبی 2۵ درصد بوده است، تاثیرات منفی بر شرایط اقتصادی-اجتماعی مردم منطقه و همچنین شرایط محیط زیستی، به ویژه تالاب هامون، به جای می‌گذارد. از جمله پیشنهادات این تحقیق، لزوم تلاش جهت تامین حقابه رودخانه هیرمند و تالاب هامون از طریق همکاری و رایزنی با کشور افغانستان می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the Combined Effects of Climate Change and Human Interventions on Water Yield Using Ecosystem Services Modeling in the Hirmand Transboundary River Basin

نویسندگان English

Negin Kazemi 1
Lobat Zebardast 1
Roghaye Karami 2
1 Department of Environmental Planning, Management and HSE, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Department of Natural Ecosystems, Hamoun International Wetland Institute, Research Institute of Zabol, Zabol, Iran
چکیده English

The scarcity of water resources has always influenced environmental planning. This issue is particularly important in transboundary water resources, for which their planning and management are related to two or more neighboring countries, and every change or control over the water resource will affect the natural environment, human well-being, and livelihoods in the downstream country. In the present research, modeling of water yield as one of the essential ecosystem services has been conducted in the Hirmand Transboundary River. In this regard, initially, data related to the Hirmand River were collected through a literature review, and then the boundary of the basin was determined. The information used in modeling consisted of changes in the climatological factors of three time series with 10-year intervals, including the years 2002, 2012, and 2022. These factors included minimum and maximum temperatures, rainfall, potential evapotranspiration, sunshine hours (radiation), and also soil and land factors, such as root depth limit and the water readily available to plants in the soil and land use land cover maps. InVEST software version 3.3.2 was used to determine water yield in the watershed under study. The results related to the land cover changes obtained from the satellite imagery interpretation in three different time series indicate a decrease in the area of water bodies. Also, analyses related to water production from water yield showed that the total volume of water produced in the basin in 2002 was 5.14 million m3. This amount was 4.23 million m3 and 3.87 million m3 in 2012 and 2022, respectively. This declining trend of almost 25 percent in water production in the Hirmand basin indicates negative impacts on the socio-economic situation and the livelihoods of the local people, and also the environmental condition, particularly of the Hamoun Wetland. Among the proposed solutions of the present research is the necessity of efforts for securing the environmental water flow for the Hirmand River and Hamoun Wetland through mutual cooperation between Iran and Afghanistan.

کلیدواژه‌ها English

Ecosystem services
Transboundary rivers
InVEST model
Water yield
Hirmand River
  1. ابراهیمیان، محبوبه و کرمی، رقیه. (1403). تحلیل زمانی-مکانی و پیش‌بینی آینده تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده‌های چندزمانه سنجش از دور و تکنیک‌های GIS (مطالعه موردی: حوضه آبریز هیرمند). تحقیقات آب و خاک ایران، 56 (3)، 785-805.
  2. حاجی حسینی، حمیدرضا، حاجی حسینی، محمدرضا،  نجفی، علیرضا، مرید، سعید و دلاور، مجید. (1393). ارزیابی تغییرات متغیرهای هواشناسی و هیدرولوژیکی در بالادست حوضه هیرمند طی سده گذشته با استفاده از داده‌های اقلیمی CRU و مدل SWAT. تحقیقات منابع آب ایران، 10(3)، 38-52.
  3. حاجی حسینی، محمدرضا، حاجی حسینی، حمیدرضا، مرید، سعید و دلاور، مجید.  (1394). بررسی تغییرات کاربری اراضی بر رواناب حوضه فرامرزی هلمند طی دوره 1990 لغایت 2012 میلادی با استفاده از اطلاعات ماهواره‌ای و مدل شبیه ساز SWAT. تحقیقات منابع آب ایران، 11(1)، 73-86.
  4. حافظ­نیا، محمدرضا، مجتهدزاده، پیروز و علی‌زاده، جعفر. (1385). هیدروپلتیک هیرمند و تاثیر آن بر روابط سیاسی ایران و افغانستان. آمایش فضا و ژئوماتیک، 10(2)، 103-83.
  5. کربلایی صالح، سجاد، عموشاهی، سولماز و سنایی، اکرم.  (1403). ارزیابی تغییرات مکانی- زمانی کاربری/پوشش زمین و شوری خاک و تاثیر آن بر مدیریت مناطق خشک (مطالعه موردی: بخشی از حوضه سیستان، جنوب شرقی ایران). نشریه محیط زیست طبیعی، 77 (1)، 107-121.
  6. کرمی، رقیه. (1399). ارزیابی چند معیاره راهکارهای مدیریت مشارکتی تالاب بین‌المللی هامون در سناریوهای مختلف اقلیمی. رساله دکتری. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
  7. میردار هریجانی، جواد، کرمی، رقیه و راهداری، عبدالعلی. (1403). تاثیرات بند کمال‌خان بر حقابه ایران از رودخانه هیرمند. کنفرانس بین‌المللی محیط زیست تالاب‌های بین‌المللی هامون، تهران.
  8. Afghanistan Ministry of Energy and Water. )2013(. Helmand River Basin Master Plan, Phase 3, Technical Report 3, Water Resources Modelling for Helmand River Basin. Mott MacDonald, United Kingdom. 251p.
  9. Aires, U. R. V., da Silva, D. D., Moreira, M. C., Ribeiro, C. A. A. S., & Ribeiro, C. B. D. M. (2020). The use of the normalized difference vegetation index to analyze the influence of vegetation cover changes on the streamflow in the Manhuaçu River Basin, Brazil. Water Resources Management, 34(6), 1933-1949.
  10. Akhundzadah, N. A. (2024). Analyzing temperature, precipitation, and river discharge trends in Afghanistan’s main river basins using innovative trend analysis, Mann–Kendall, and Sen’s slope methods. Climate, 12(12), 196.
  11. Allen-Wardell, G., Bernhardt, P., Bitner, R., Burquez, A., Buchmann, S., Cane, J., ... & Walker, S. (1998). The potential consequences of pollinator declines on the conservation of biodiversity and stability of food crop yields. Conservation biology, 8-17.
  12. Arfa, A., Ayyoubzadeh, S. A., Shafizadeh-Moghadam, H., & Mianabadi, H. (2025). Transboundary hydropolitical conflicts and their impact on river morphology and environmental degradation in the Hirmand Basin, West Asia. Scientific Reports, 15(1), 2754.
  13. Ashrafi, S., Kerachian, R., Pourmoghim, P., Behboudian, M., & Motlaghzadeh, K. (2022). Evaluating and improving the sustainability of ecosystem services in river basins under climate change. Science of the Total Environment, 806, 150702.
  14. Ávila-García, D., Morató, J., Pérez-Maussán, A. I., Santillán-Carvantes, P., Alvarado, J., & Comín, F. A. (2020). Impacts of alternative land-use policies on water ecosystem services in the Río Grande de Comitán-Lagos de Montebello watershed, Mexico. Ecosystem Services, 45, 101179.
  15. Belete, M., Deng, J., Wang, K., Zhou, M., Zhu, E., Shifaw, E., & Bayissa, Y. (2020). Evaluation of satellite rainfall products for modeling water yield over the source region of Blue Nile Basin. Science of the total environment, 708, 134834.
  16. Braat, L. C., & De Groot, R. (2012). The ecosystem services agenda: bridging the worlds of natural science and economics, conservation and development, and public and private policy. Ecosystem services, 1(1), 4-15.
  17. Carr, G. M., Chambers, P. A., & Morin, A. (2005). Periphyton, water quality, and land use at multiple spatial scales in Alberta rivers. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 62(6), 1309-1319.
  18. Degefu, D. M., He, W., Yuan, L., & Zhao, J. H. (2016). Water allocation in transboundary river basins under water scarcity: a cooperative bargaining approach. Water resources management, 30(12), 4451-4466.
  19. de Moura, C. N., Neto, S. L. R., Campos, C. G. C., & Sá, E. A. S. (2020). Hydrological impacts of climate change in a well-preserved upland watershed. Water Resources Management, 34(8), 2255-2267.
  20. Fisher, B., Turner, R. K., & Morling, P. (2009). Defining and classifying ecosystem services for decision making. Ecological economics, 68(3), 643-653.
  21. Grizzetti, B., Lanzanova, D., Liquete, C., Reynaud, A., & Cardoso, A. C. (2016). Assessing water ecosystem services for water resource management. Environmental Science & Policy, 61, 194-203.
  22. Guerry, A. D., Polasky, S., Lubchenco, J., Chaplin-Kramer, R., Daily, G. C., Griffin, R., ... & Vira, B. (2015). Natural capital and ecosystem services informing decisions: From promise to practice. Proceedings of the National academy of Sciences, 112(24), 7348-7355.
  23. Hajihosseini, M., Hajihosseini, H., Morid, S., Delavar, M., & Booij, M. J. (2020). Impacts of land use changes and climate variability on transboundary Hirmand River using SWAT. Journal of Water and Climate Change, 11(4), 1695-1711.
  24. Helming, K., Diehl, K., Geneletti, D., & Wiggering, H. (2013). Mainstreaming ecosystem services in European policy impact assessment. Environmental Impact Assessment Review, 40, 82-87.
  25. Kashifi, M., & Sarwari, R. (2016). Codifying Spate Water Rights in Contested Basins in Afghanistan IP: EPRSO. Technical Report. Nimruz Survey Information FY. 34p.
  26. Kucukmehmetoglu, M., & Geymen, A. (2014). Transboundary water resources allocation under various parametric conditions: The case of the Euphrates & Tigris river basin. Water resources management, 28(11), 3515-3538.
  27. Lang, Y., Song, W., & Deng, X. (2018). Projected land use changes impacts on water yields in the karst mountain areas of China. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 104, 66-75.
  28. Li, M., Li, S., Liu, H., & Zhang, J. (2023). Balancing water ecosystem services: assessing water yield and purification in Shanxi. Water, 15(18), 3261.
  29. Maleki, S., Koupaei, S. S., Soffianian, A., Saatchi, S., Pourmanafi, S., & Rahdari, V. (2019). Human and climate effects on the Hamoun wetlands. Weather, Climate, and Society, 11(3), 609-622.
  30. Maleki, S., Mohajeri, S. H., Samadi, A., Hasani, H., & Akbary, M. (2024). Remote sensing insights into water allocation and evaporation challenges in the Hirmand River Basin, after the operation of Kamal Khan Dam. Journal of Hydrology: Regional Studies, 56, 101996.
  31. Malinga, R., Gordon, L. J., Jewitt, G., & Lindborg, R. (2015). Mapping ecosystem services across scales and continents–A review. Ecosystem Services, 13, 57-63.
  32. Mancosu, N., Snyder, R. L., Kyriakakis, G., & Spano, D. (2015). Water scarcity and future challenges for food production. Water, 7(3), 975-992.
  33. Mather, A. S. (1999). Land use and cover change. Land use policy, 16(3), 143-144.
  34. Pittock, J. (2011). National climate change policies and sustainable water management: conflicts and synergies. Ecology and Society, 16(2).
  35. Resende, T. C. (2024). Transboundary River Basins around the World [Data set]. IHP Water Information Network System (IHP-WINS). https://ihp-wins.unesco.org/dataset/transboundary-river-basins-around-the-world.
  36. Schenk, H. J., & Jackson, R. B. (2002). Rooting depths, lateral root spreads and below-ground/above-ground allometries of plants in water-limited ecosystems. Journal of Ecology, 90(3), 480-494.
  37. Seppelt, R., Dormann, C. F., Eppink, F. V., Lautenbach, S., & Schmidt, S. (2011). A quantitative review of ecosystem service studies: approaches, shortcomings and the road ahead. Journal of applied Ecology, 48(3), 630-636.
  38. Sharafatmandrad, M., & Khosravi Mashizi, A. (2021). Temporal and spatial assessment of supply and demand of the water-yield ecosystem service for water scarcity management in arid to semi-arid ecosystems. Water Resources Management, 35(1), 63-82.
  39. Smith, C., & Brown, N. (1999). Erdas field guide. revised and expanded. ERDAS®, Inc Atlanta.
  40. Srivastava, A., Brooks, E. S., Dobre, M., Elliot, W. J., Wu, J. Q., Flanagan, D. C., ... & Link, T. E. (2020). Modeling forest management effects on water and sediment yield from nested, paired watersheds in the interior Pacific Northwest, USA using WEPP. Science of the Total Environment, 701, 134877.
  41. Sun, M., Li, J., Yang, C., Schmidt, G. A., Bambacus, M., Cahalan, R., ... & Li, Z. (2012). A web-based geovisual analytical system for climate studies. Future Internet, 4(4), 1069-1085.
  42. Tallis, H., Kareiva, P., Marvier, M., & Chang, A. (2008). An ecosystem services framework to support both practical conservation and economic development. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(28), 9457-9464.
  43. Tao, J. I. N., Xiaoyu, Q. I. N. G., & Liyan, H. (2016). Changes in grain production and the optimal spatial allocation of water resources in China. Journal of resources and ecology, 7(1), 28-35.
  44. Wang, H., Bracciano, D., & Asefa, T. (2020). Evaluation of water saving potential for short-term water demand management. Water Resources Management, 34(10), 3317-3330.
  45. WAPCOS. (1975). Lower Helmand valley development. Water and Power Development Consultancy Services, India.
  46. Whitney, J. W. (2006). Geology, water, and wind in the lower Helmand Basin, southern Afghanistan (No. 2006-5182).
  47. Yang, J., Xie, B., Zhang, D., & Tao, W. (2021). Climate and land use change impacts on water yield ecosystem service in the Yellow River Basin, China. Environmental Earth Sciences, 80(3), 72.
  48. Yao, J., Zhao, Y., & Yu, X. (2018). Spatial-temporal variation and impacts of drought in Xinjiang (Northwest China) during 1961–2015. PeerJ, 6, e4926.
  49. Zamani, R., Ali, A. M. A., & Roozbahani, A. (2020). Evaluation of adaptation scenarios for climate change impacts on agricultural water allocation using fuzzy MCDM methods. Water Resources Management, 34(3), 1093-1110.
  50. Zhang, L., Dawes, W. R., & Walker, G. R. (2001). Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale. Water resources research, 37(3), 701-708.
اکولوژی انسانی
دوره 4، شماره 11
تابستان 1404
صفحه 1149-1165