پيش‌بيني تغييرات كاربري اراضي و اثرات هيدرولوژيكي آن با استفاده از زنجيره ماركوف و مدل SWAT در حوضه آبريز سراب زاينده‌رود

دسترسي به منابع آبي در حال حاضر و آينده، يكي از مسائل مورد توجه مديران و سياست‌گذاران در نقاط مختلف دنياست. وجود ارتباط دو سويه بين منابع آبي و كاربري اراضي، اين دو موضوع را در تحقيقات مختلف كنار هم قرار داده است. طراحي سناريو براي تغييرات كاربري اراضي يك منطقه، بر مبناي پارامترهاي موثر بر اين تغييرات در گذشته، مي‌تواند اساس ارزيابي وضعيت منابع آبي در آينده و مديريت صحيح اين منابع باشد. در اين تحقيق، به منظور پيش‌بيني تغييرات كاربري اراضي در حوضه آبريز سراب زاينده‌رود، از تركيب مدل زنجيره ماركوف و شبكه عصبي چند لايه پرسپترون (MLP) و به منظور مدل‌سازي هيدرولوژيكي حوضه، از مدل ارزيابي آب و خاك (SWAT ) استفاده شده است. با استفاده از نقشه كاربري اراضي سال 2015، نقشه خاك، مدل ارتفاعي رقومي و داده‌هاي هواشناسي در دوره (2015-1987)، مدل هيدرولوژيكي منطقه تشكيل و واسنجي و اعتبارسنجي شده است. سه سناريو بر اساس تغييرات كاربري اراضي در سال‌هاي گذشته (2015-1987) تعريف و با مدل‌سازي تغييرات كاربري اراضي و محاسبه ماتريس احتمال تبديلات با استفاده از زنجيره ماركوف، سه نقشه كاربري اراضي در سال 2030 پيش‌بيني شده است. واكنش هيدرولوژيكي حوضه آبريز به سناريوي اول كه در آن مراتع به اراضي زراعي آبي تبديل شدند، به صورت افزايش 7/0 درصد متوسط سالانه رواناب سطحي و كاهش 4 درصد دبي جريان رودخانه بود. در سناريوي دوم و سوم با تبديل مراتع به اراضي زراعي ديم و اراضي باير، رواناب سطحي به ترتيب 1 و 5/2 درصد افزايش يافته است. تغييرات دبي جريان رودخانه در اين دو سناريو، 8/1 درصد افزايش را نشان مي‌دهد. بر اساس نتايج تحقيق حاضر، در حوضه آبريز سراب زاينده‌رود، مرتع‌زدايي و تبديل آنها به اراضي باير بيشترين تاثير را بر منابع آبي زيرزميني در آينده خواهد داشت. همچنين گسترش اراضي زراعي آبي با افزايش برداشت از منابع آب سطحي و زيرزميني، منجر به كاهش قابل توجه اين منابع خواهد شد.

Access to current and future water resources is one of the concerned problems for managers and policymakers around the world. Because of the communication between water resources and land use, these two topics had come together in different researches. Scenarios designed in regional land planning provide the basis for analyzing the existing opportunities and making the right decisions for managing these natural resources. In this research, a combination of the Markov Chain model and multilayer perceptron network (MLP) were used for predicting the land-use changes in Sarab watershed and the SWAT model was used for hydrological modeling of the watershed area. Using the land use map in 2015, soil map, digital elevation model and meteorological data during the period (1987-2015), the hydrological model of the area is formed and also calibrated. According to the land-use changes in the past (1987-2015), three scenarios defined and three land use maps have been predicted for 2030 by modeling the land-use changes and calculating the conversion probability matrix using the Markov chain model. The watershed hydrological response to the first scenario with the title of conversion of grassland to the irrigated agriculture was observed an increase of 0.7% of the annual average run-off and a 4% decrease in the river flow. In the second and the third scenarios, the surface run-off has been increased by 1% and 2.5% respectively by conversion of the grassland to the rain-fed agriculture and bare lands. Flow changes in these two scenarios show an increase of 1.8%. According to the results of this research, grazing and conversion grassland to bare lands will have the greatest impact on underground water resources in the Sarab basin. Furthermore, the expansion of irrigated agriculture lands, by increasing the harvesting of surface water and underground water resources will result in a significant reduction of these resources.