نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

ارزیابی تأثیر سناریوهای تغییر اقلیم(SSP)بر نوسانات تراز آب زیرزمینی دشت اهواز شمالی(استان خوزستان، جنوب غرب ایران) با استفاده از مدل‌های LARS-WG و MODFLOW

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سهیلا مجدم 1
سید یحیی میرزایی 2
1 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
2 دانشیار هیدرولوژی، عضو هیات علمی دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران
10.22125/iwe.2026.585872.1927
چکیده
تحولات اقلیمی با تغییر الگوهای دما و بارش، تعادل هیدرولوژیک و کارایی سامانه‌های آبی را به چالش می‌کشند. هدف این پژوهش، ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی آبخوان دشت اهواز شمالی در استان خوزستان است. بدین منظور، خروجی مدل‌های گردش عمومی جو تحت سناریوهای SSP2.6، SSP4.5 و SSP8.5 با استفاده از مدل LARS-WG7 در ایستگاه سینوپتیک اهواز ریزمقیاس‌نمایی شد. سپس تغییرات دمای حداقل، حداکثر و بارش در دوره پایه (۲۰۰۰-۲۰۲۵) و دوره آتی (۲۰۲۶-۲۰۴۵) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد میانگین سالانه دمای حداقل و حداکثر در دوره آتی تحت تمامی سناریوها افزایش می‌یابد؛ به‌طوری‌که بیشترین افزایش دمای حداکثر و حداقل به‌ترتیب ۲.۲۹ و ۱.۶۵ درجه سانتی‌گراد در سناریوی SSP8.5 و کمترین مقدار آن ۲.۰۵ و ۱.۵۶ درجه سانتی‌گراد در سناریوهای SSP2.6 و SSP4.5 برآورد شد. در مقابل، میانگین سالانه بارش تحت سناریوهای مذکور به‌ترتیب با کاهش ۳.۹۱، ۸.۶ و ۱۱ درصدی همراه خواهد بود. جهت بررسی اثر این تغییرات بر وضعیت آبخوان، مدل جریان با استفاده از MODFLOW در محیط GMS توسعه یافت. نتایج شبیه‌سازی‌ها حاکی از افت سطح آب زیرزمینی در دوره آتی است، به‌گونه‌ای که بیشترین افت معادل ۷.۵ متر تحت سناریوی SSP8.5 مشاهده شد که نشان‌دهنده وضعیت بحرانی آبخوان است. این پژوهش، یک متدولوژی ترکیبی برای ارزیابی کمی حساسیت آبخوان‌ها به تغییرات اقلیمی ارائه می‌دهد که می‌تواند به‌عنوان الگویی برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی در حوضه‌های مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
تغییراقلیم
شبیه‌سازی‌آب‌زیرزمینی
MODFLOW
LASRS-WG
سناریوهایSSP
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessing the Impact of Climate Change Scenarios (SSP) on Groundwater Level Fluctuations in the North Ahvaz Plain (Khuzestan Province, Southwest Iran) Using LARS-WG and MODFLOW Models

نویسندگان English

Soheila Mojadam 1
Seyed Yahya Mirzaee 2
1 Ph.D. student in Hydrogeology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Associate Professor of Hydrology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده English

Climatic transformations, through changes in temperature and precipitation regimes, threaten hydrological balance and the overall performance of water resource systems. This study investigates the impacts of climate change on groundwater resources in the Northern Ahvaz Plain aquifer, located in Khuzestan Province, Iran. To this end, outputs from coupled atmosphere–ocean general circulation models under the SSP2.6, SSP4.5, and SSP8.5 scenarios were downscaled for the Ahvaz synoptic station using the LARS‑WG stochastic weather generator (version 7.0). Variations in minimum temperature, maximum temperature, and precipitation were then evaluated for the baseline period (2000–2025) and the future period (2026–2045). The results showed that the annual mean minimum and maximum temperatures will increase under all scenarios compared with the baseline period. The highest increases in maximum and minimum temperatures, 2.29°C and 1.65°C, respectively, were projected under SSP8.5, whereas the lowest increases, 2.05°C and 1.56°C, were associated with SSP2.6 and SSP4.5. In contrast, annual mean precipitation is projected to decrease by 3.91%, 8.6%, and 11% under SSP4.5, SSP2.6, and SSP8.5, respectively. To assess the implications of these climatic variations for groundwater resources, a numerical groundwater flow model was developed using MODFLOW within the GMS environment (version 10.8). Simulation results indicated a general decline in groundwater levels during the future period under all scenarios. The largest decline, approximately 7.5 m, occurred under SSP8.5, reflecting a more critical aquifer condition. The proposed integrated framework can support quantitative assessment of aquifer sensitivity to climate change in similar basins.

کلیدواژه‌ها English

Climate Change
Groundwater Modeling
MODFLOW
LARS-WG
SSP Scenarios
افشاری‌نیا، م.، ف. پناهی و م. احترام. ۱۴۰۲. ارزیابی تغییرات اقلیمی با استفاده از برونداد مدل‌های CMIP6 (مطالعه‌ی موردی: دشت کاشان). فصلنامه‌ی علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره ۱۴، شماره ۲، ص ۲۵۶–۲۳۷.
 اقبالی، ی. و م. شهربانوزاده. ۱۴۰۴. مدیریت تلفیقی آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از روش تفاضل محدود (مطالعه‌ی موردی: دشت دهلران، منطقه فرخ‌آباد). نشریه‌ی علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره ۱۶، شماره ۶۱، ص ۵۶–۴۱.
باقری، م. و ا. فیجانی. ۱۴۰۴. شبیه‌سازی تراز آب زیرزمینی در دشت دامغان با استفاده از مدل‌سازی عددی. نشریه‌ی علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره ۱۵، شماره ۵۹، ص ۲۹۶–۲۷۶.
بایسته، م. و ح. زارعی. ۱۴۰۴. بررسی اثر همزمان تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی بر آینده‌ی جریان رودخانه‌ی کر و سیوند با استفاده از مدل SWAT. نشریه‌ی علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره ۱۶، شماره ۶۱، ص ۹۲–۷۲.
جعفری، ا.، ا. شرافتی، ا. نشاط، س. ر. حسینی و ع. ۱۴۰۴. چالش‌های حکمرانی منابع آب تحت تأثیر تغییر اقلیم و انتقال آب. نشریه‌ی اکوهیدرولوژی، دوره ۱۲، شماره ۲، ص ۷۹۴–۷۸۳.
رضائی، ح.، ح. پاشاپور و ف. صادقی. ۱۴۰۳. ارزیابی عملکرد مدل‌های CMIP6 و پیش‌نگری تغییرات دما و بارش تحت سناریوهای خط‌سیر اجتماعی–اقتصادی مشترک (SSP) در ایران. فصلنامه‌ی آینده‌پژوهی راهبردی، دوره ۳، شماره ۱۰، ص ۲۸–۷.
حسینی‌وردنجانی، س.، م. خوش‌رَوش، م. فتاحی نافچی، ر. نوروزولاشدی، ر. پورمحمد و ی. ۱۴۰۴. اثر تغییر اقلیم بر دما و بارش در دو اقلیم متفاوت با استفاده از مدل‌های CMIP6 و سناریوهای حدی SSP. فصلنامه‌ی علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره ۱۵، شماره ۵۹، ص ۲۲۸–۲۱۷.
Akhtar, M., N. Ahmad and M.J. Booij. 2008. The impact of climate change on the water resources of the Hindukush–Karakorum region under different glacier coverage scenarios. J. Hydrol., 355, 148–163. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2008.03.015
Anderson, M.P., W.W. Woessner and R.J. Hunt. 2015. Applied groundwater modeling: Simulation of flow and advective transport. Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2009-0-21563-7
Bates, B., Z.W. Kundzewicz, S. Wu and J. Palutikof. 2008. Climate change and water: Technical paper VI of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC Secretariat, Geneva, 210 pp.
Boughariou, E., N. Allouche, I. Jmal, N. Mokadem, B. Ayed, S. Hajji, H. Khanfir and S. Bouri. 2018. Modeling aquifer behavior under climate change and high consumption: Case study of the Sfax region, southeast Tunisia. J. Afr. Earth Sci., 141, 118–129. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2018.02.006
IPCC. 2001. The scientific basis of climate change: Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the IPCC. Cambridge Univ. Press.
IPCC. 2021. Climate change 2021: The physical science basis. AR6, Summary for policymakers. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/
Chitsazan, M., G. Rahmani and A. Neyamadpour. 2015. Forecasting groundwater level by artificial neural networks as an alternative approach to groundwater modeling. J. Geol. Soc. India. https://doi.org/10.1007/s12594-015-0197-4
Dehn, M., G. Bürger, J. Buma and P. Gasparetto. 2000. Impact of climate change on slope stability using expanded downscaling. Eng. Geol., 55(3), 193–204. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(99)00123-4
El Assaoui, N., A. Sadok and I. Merimi. 2021. Impacts of climate change on Morocco’s groundwater resources: State of art and development prospects. Mater. Today, Proc., 45, 7690–7696.
Ferguson, G. and T. Gleeson. 2012. Vulnerability of coastal aquifers to groundwater use and climate change. Nat. Clim. Change, 2, 342–345. https://doi.org/10.1038/nclimate1413
Ghazavi, R. and H. Ebrahimi. 2018. Predicting the impacts of climate change on groundwater recharge in an arid environment using modeling approach. Int. J. Clim. Change Strateg. Manage. https://doi.org/10.1108/IJCCSM-04-2017-0085
Gohari, A., G. Rakhshandehroo and J. Abedi-Koupai. 2022. Assessment of CMIP6 GCMs for rainfall and temperature projections across Iran. Theor. Appl. Climatol., 149, 1201–1216.
Graham, P., S. Hagemann, S. Juan and M. Beniston. 2007. On interpreting hydrological change from regional climate models. Clim. Change, 81, 97–122. https://doi.org/10.1007/s10584-006-9217-0
Harbaugh, A.W. 2005. MODFLOW-2005: The U.S. Geological Survey modular groundwater model – The groundwater flow process. USGS TM 6-A16. https://doi.org/10.3133/tm6A16
Huang, P.C. and K.T. Lee. 2025. Developing an alternative data-driven model to resemble geomorphologic rainfall–runoff models. Geomatics Nat. Hazards Risk, 16(1), 2516725. https://doi.org/10.1080/19475705.2025.2516725
Malekinezhad, H. and F.B. Bandkooki. 2018. Modeling impacts of climate change and human activities on groundwater resources using MODFLOW. J. Water Clim. Change, 9(1), 156–177. https://doi.org/10.2166/wcc.2017.147
Meddi, M. and A. Boucefiane. 2013. Climate change impact on groundwater in Cheliff–Zahrez Basin (Algeria). APCBEE Proc., 5, 446–450. https://doi.org/10.1016/j.apcbee.2013.05.077
Mirzaee, S.Y., R. Amiri, M. Chitsazan and N. Nadri. 2020. The combination of mathematical and stochastic models to improve groundwater models. Irrig. Sci. Eng., 43(3), 57–70. https://doi.org/10.22055/jise.2018.22820.1629.
Mirzaee, S.Y., S. Mojadam and M. Chitsazan. 2024. Modeling the effects of climate change on groundwater resources of the Golgir Plain using GMS. J. Adv. Appl. Geol., 14(3), 694–712. https://doi.org/10.22055/aag.2024.45373.2419
Nikkhoo Amiri, S., M. Khoshravesh and R. Norooz Valashedi. 2023. Assessing the effect of climate and land-use changes on hydrologic regimes in the upstream of Tajan River Basin using SWAT. Appl. Water Sci., 13(6), 1–13.
Rahimi, J., M. Sadegh and A. Aghakouchak. 2023. Evaluation of CMIP6 climate models for precipitation and temperature simulation over Iran. Clim. Dyn., 60(2), 1453–1471.
Scibek, J. and D. Allen. 2006. Modeled impacts of predicted climate change on recharge and groundwater levels. Water Resour. Res., 42(11), 205–263. https://doi.org/10.1029/2005WR004742
Seififi, A., M. Ehteram, F. Soroush and A.T. Haghighi. 2022. Multi-model ensemble prediction of pan evaporation based on the Copula Bayesian model averaging approach. Eng. Appl. Artif. Intell., 114, 105124. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2022.105124
Semenov, M.A. and P. Stratonovitch. 2010. Use of multi-model ensembles from global climate models for assessment of climate change impacts. Clim. Res., 4, 1–14. https://www.jstor.org/stable/24895285
Soltani, F., S. Javadi, A. Roozbahani, A.R. Massah Bavani and S. Lotfifi. 2022. Simulation of surface water–groundwater interaction using MODFLOW-OWHM (case study: Shazand plain). Iran. J. Ecohydrol., 9, 199–210. https://doi.org/10.22059/IJE.2022.336586.1595
Tanachaichoksirikun, P., U. Seeboonruang and P. Saraphirom. 2018. Impact of climate change on groundwater sustainability in the lower Chao Phraya Basin, Thailand. MATEC Web Conf. https://doi.org/10.1088/1757-899X/639/1/012032
TurkQashqainejad, S., M. Chitsazan and S.Y. Mirzaee. 2015. Estimation of hydrodynamic parameters of aquifer using geoelectrical studies: Case study of Golgir aquifer, Khuzestan. J. Hydrogeol., 1(2), 24–37.
Vaccaro, J.J. 1992. Sensitivity of groundwater recharge estimates to climate variability and change: Columbia Platau, Washington. J. Geophys. Res., 97(D3), 2821–2833.
Ouyang, Y., Y. Wan, W. Jin, T.D. Leininger, G. Feng and Y. Han. 2021. Impact of climate change on groundwater resources in a region with fast depletion rate: The Mississippi. J. Water Clim. Change, 12(6), 2245–2255. https://doi.org/10.2134/jeq2013.09.0355