تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

ارزیابی ردپای تغییرات محیطی و انسانی بر پایداری منابع آب شهری از منظر خدمات اکوسیستمی- رویکرد مدل‌سازی فضایی InVEST

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه تهران
چکیده
پژوهش حاضر با هدف ارزیابی پویایی‌های مکانی-زمانی خدمت اکوسیستمی «تولید آب» تحت تأثیر تعاملات تغییرکاربری اراضی و اقلیم در حوضه آبخیز شهری-کوهستانی کن-تهران انجام شده است. به‌منظور دستیابی به این هدف، از مدل InVEST (مبتنی بر چارچوب منحنی بادیکو) در یک دوره آماری ۳۲ ساله (۱۹۹۰-۲۰۲۲) بهره‌گیری شد که در آن، نقشه‌های کاربری اراضی مستخرج از تصاویر ماهواره‌ای لندست (۵ و ۸) به همراه داده‌های هواشناسی ایستگاه‌های سینوپتیک (شامل بارش و تبخیروتعرق مرجع)، در محیط GIS پردازش و مدل‌سازی شدند. یافته‌های پژوهش حاکی از آن است که مساحت مناطق ساخته‌شده با رشدی دو برابری، از حدود ۲۰ درصد در دهه ۱۹۹۰ به ۴۰ درصد در دهه ۲۰۰۰ افزایش یافته است. نتایج مدل‌سازی نشان داد که میزان تولید آب همبستگی بالایی با نوسانات بارش و تبخیروتعرق دارد؛ به‌نحوی‌که در دهه ۱۹۹۰، بیشترین تولید آب در مرکز حوضه کن (۳۷۸/۴۱ میلی‌متر) رخ داده و کاربری گیاهان کوتاه دارای بیشترین سهم حجمی (۳۰۱۳/۱۱ هزار مترمکعب) بوده است. با افزایش بارش در دهه ۲۰۰۰ (تا ۵۵۸ میلی‌متر در شمال حوضه)، تولید آب به نقطه اوج خود رسید و سطوح با نفوذپذیری کمتر نظیر رخنمون‌های سنگی با تولید ۴۴۳۲۹/۹۲ هزار مترمکعب رواناب، بیشترین سهم را به خود اختصاص دادند. با این وجود، در دهه ۲۰۱۰ هم‌زمان با کاهش شدید بارش (افت تا ۱۷۳ میلی‌متر در جنوب‌غرب تهران) و افزایش تبخیروتعرق، افت محسوسی در بیلان آبی به وقوع پیوست؛ به‌گونه‌ای که حجم تولید آب در رخنمون‌های سنگی به ۲۷۲۱۸/۴۰ و در پوشش‌های درختی به ۱۳۷۸/۴۲ هزار مترمکعب تنزل یافت. در نهایت، این مطالعه اثبات می‌نماید که اگرچه نوسانات اقلیمی به‌عنوان محرک اصلی بیلان آبی منطقه عمل می‌کند، اما توسعه لجام‌گسیخته سطوح نفوذناپذیر شهری، تاب‌آوری هیدرولوژیک حوضه را در برابر خشکسالی‌ها به‌شدت تقلیل داده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessing the Impacts of Environmental and Human Changes on Urban Water Sustainability: An Ecosystem Services Perspective Using InVEST

نویسندگان English

Aliakbar Shamsipour
Fateme Abbassi
Faeze Shoja
University of Tehran
چکیده English

Rapid urbanization coupled with climate change poses a severe threat to the sustainability of water resources in megacities located within arid and semi-arid regions. Accordingly, this study aims to evaluate the spatio-temporal dynamics of the "water yield" ecosystem service driven by the interactive effects of Land Use/Land Cover (LULC) modifications and climate variations in the urban-mountainous Kan-Tehran watershed. To achieve this objective, the InVEST model—grounded in the Budyko curve framework—was employed over a 32-year statistical period (1990–2022). Input data, including LULC maps derived from Landsat 5 and 8 satellite imagery, alongside meteorological data from synoptic stations (comprising precipitation and reference evapotranspiration), were processed and modeled within a GIS environment. The findings indicate a twofold expansion in built-up areas, increasing from approximately 20% in the 1990s to 40% in the 2000s. Modeling results revealed a strong correlation between water yield and fluctuations in precipitation and evapotranspiration; specifically, during the 1990s, the highest water yield depth was recorded in the central Kan watershed (378.41 mm), with short vegetation contributing the largest volumetric share (3,013.11 thousand cubic meters). Following a surge in precipitation during the 2000s (reaching up to 558 mm in the northern reaches), water yield peaked. Consequently, surfaces with lower permeability, such as rock outcrops, accounted for the highest share, generating 44,329.92 thousand cubic meters of runoff. Conversely, the 2010s witnessed a substantial decline in the water balance, coinciding with a severe deficit in precipitation (dropping to 173 mm in southwestern Tehran) and an increase in evapotranspiration. This resulted in a significant volumetric reduction in water yield across rock outcrops and tree canopies, plummeting to 27,218.40 and 1,378.42 thousand cubic meters, respectively..

کلیدواژه‌ها English

Ecosystem services
Water yield
Hydrological resilience
LULC
Climate change

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 14 مهر 1405