چکیده

:

ارزیابی‌های مکانی و کمی خدمات بازده آب در اکوسیستم‌های حوزه آبخیز برای مدیریت منابع آب و بهبود حفاظت اکولوژیکی آب ضروری است. در این مطالعه، ما از مدل InVEST برای تخمین عملکرد آب منطقه‌ای در حوضه دریاچه Dongjiang در چین استفاده کردیم. علاوه بر این، ما شش سناریو را برای بررسی تأثیرات تغییرات آب و هوا و کاربری زمین/پوشش زمین (LULC) بر عملکرد آب منطقه‌ای طراحی کردیم و مکانیسم‌های غالب خدمات عملکرد آب را به صورت کمی تعیین کردیم. انتظار می رود که نتایج یک مرجع نظری مهم برای برنامه ریزی فضایی آینده و بهبود عملکردهای خدمات زیست محیطی در سایت منبع آب ارائه کند. ما دریافتیم که (1) تحت تجزیه و تحلیل سری زمانی، تغییرات بازده آب حوضه دریاچه Dongjiang کاهش اولیه و به دنبال آن افزایش را نشان داد. از نظر فضایی، بازده آب نیز از ناحیه دریاچه به منطقه اطراف کاهش یافت. (2) تغییر اقلیم تأثیر قابل توجهی بر تغییرات عملکرد آب اعمال کرد و بیش از 98.26٪ به تنوع عملکرد آب در حوضه کمک کرد. در مقابل، LULC تأثیر بسیار کمتری داشت و تنها 1.74٪ سهم داشت. (3) الگوی توزیع فضایی خدمات بازده آب در حوزه آبخیز نسبت به تغییرات LULC آسیب‌پذیرتر بود. به طور خاص، انتظار می رود که گسترش زمین های ساخته شده باعث افزایش عمق آب منطقه ای و تغییر توزیع آن شود، اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. (2) تغییر اقلیم تأثیر قابل توجهی بر تغییرات عملکرد آب اعمال کرد و بیش از 98.26٪ به تنوع عملکرد آب در حوضه کمک کرد. در مقابل، LULC تأثیر بسیار کمتری داشت و تنها 1.74٪ سهم داشت. (3) الگوی توزیع فضایی خدمات بازده آب در حوزه آبخیز نسبت به تغییرات LULC آسیب‌پذیرتر بود. به طور خاص، انتظار می رود که گسترش زمین های ساخته شده باعث افزایش عمق آب منطقه ای و تغییر توزیع آن شود، اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. (2) تغییر اقلیم تأثیر قابل توجهی بر تغییرات عملکرد آب اعمال کرد و بیش از 98.26٪ به تنوع عملکرد آب در حوضه کمک کرد. در مقابل، LULC تأثیر بسیار کمتری داشت و تنها 1.74٪ سهم داشت. (3) الگوی توزیع فضایی خدمات بازده آب در حوزه آبخیز نسبت به تغییرات LULC آسیب‌پذیرتر بود. به طور خاص، انتظار می رود که گسترش زمین های ساخته شده باعث افزایش عمق آب منطقه ای و تغییر توزیع آن شود، اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. LULC تأثیر بسیار کمتری داشت و تنها 1.74٪ سهم داشت. (3) الگوی توزیع فضایی خدمات بازده آب در حوزه آبخیز نسبت به تغییرات LULC آسیب‌پذیرتر بود. به طور خاص، انتظار می رود که گسترش زمین های ساخته شده باعث افزایش عمق آب منطقه ای و تغییر توزیع آن شود، اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. LULC تأثیر بسیار کمتری داشت و تنها 1.74٪ سهم داشت. (3) الگوی توزیع فضایی خدمات بازده آب در حوزه آبخیز نسبت به تغییرات LULC آسیب‌پذیرتر بود. به طور خاص، انتظار می رود گسترش زمین های ساخته شده باعث افزایش عمق آب منطقه ای و تغییر توزیع آن شود، اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد. اما خطر غرقابی را نیز افزایش می دهد. بنابراین، توسعه آینده در حوضه باید حفاظت از فضاهای اکولوژیکی و حفظ ثبات عملکرد آب منطقه ای را در نظر بگیرد.

 

1. مقدمه

خدمات اکوسیستمی اساس بقا و توسعه انسان هستند و ارتباط نزدیکی با رفاه انسان دارند [ 1 ]. اجرای ارزیابی خدمات اکوسیستم هزاره، تحقیقات در مورد خدمات اکوسیستم را توسعه و بهبود بخشید. این مطالعات کاهش دو سوم خدمات اکوسیستمی را در 50 سال گذشته شناسایی کردند که احتمالاً تأثیر منفی قابل توجهی بر رفاه انسان داشته است [ 2 ].]. به عنوان یک عملکرد مهم خدمات اکوسیستم، خدمات تولید آب نقش مهمی در توسعه پایدار اقتصادها و اکوسیستم های منطقه ایفا می کند. با این حال، تقاضای انسانی برای منابع آب در پاسخ به توسعه سریع اقتصادی و شهرنشینی به سرعت افزایش یافته است. علاوه بر توزیع نابرابر منابع آب، عدم تعادل بین عرضه و تقاضای منابع آب به طور فزاینده ای برجسته می شود [ 3 ]. علاوه بر این، ناهنجاری های آب و هوایی ناشی از تغییرات آب و هوایی جهانی و آلودگی آب، مشکلات کمبود آب را به درجات مختلف در مناطق خاصی افزایش داده است [ 4 ، 5 ]. بنابراین مطالعه عوامل مؤثر بر خدمات بهره‌وری آب در اکوسیستم ضروری است، زیرا کمبود آب مستقیماً بر بقا و توسعه انسان تأثیر می‌گذارد.6 ، 7 ].
در حال حاضر هیچ تعریف پذیرفته‌شده‌ای از خدمات بهره‌وری آب اکوسیستمی در دانشگاه‌ها وجود ندارد و بسیاری از مطالعات نشان‌دهنده سردرگمی مفهومی با توجه به بازده آب، تامین آب و صرفه‌جویی در آب است. به طور کلی، بازده آب به عنوان مقدار بارندگی منهای تبخیر و تعرق واقعی تعریف می شود [ 8 ، 9 ]. تامین آب عبارت است از کمی سازی خدمات تامین آب که می توان آن را به معنای وسیع و باریک تقسیم کرد: در مفهوم عام، تامین آب، بازده آب در نظر گرفته می شود [ 10 ، 11 ] و در مفهوم محدود، تامین آب عبارت است از: در دسترس بودن منابع آب موثر برای برآوردن نیازهای خاص (یعنی با کم کردن بازده آب از مصرف آب برای یک تقاضای خاص) [ 12]. حفاظت از آب، کمی کردن تابع حفاظت از آب است. از طریق رهگیری بارش توسط تاج پوشش، جذب آب توسط لایه بستر، و بارش حفظ شده در لایه خاک برای توزیع مجدد بارندگی، تنظیم رواناب و بهبود کیفیت آب به اکوسیستم جنگل مربوط می شود [ 13 ]. برخی از مطالعات به طور مستقیم از بازده آب برای توصیف حفاظت از آب استفاده کرده اند، در حالی که برخی دیگر از پارامترهای مرتبط برای اصلاح عملکرد آب و به دست آوردن معیاری از صرفه جویی در آب استفاده کرده اند [ 14 ، 15 ]]. تامین و حفاظت از آب مفاهیم یکپارچه هستند و تولید آب مبنای هر دو است. این مطالعه عمدتاً از خدمات تأمین آب در معنای گسترده استفاده می کند – یعنی بهره وری آب، که به عنوان عمق بازده آب نیز نامیده می شود.
عملکرد آب عمدتاً تحت تأثیر اثرات ترکیبی تغییرات آب و هوا و کاربری زمین/پوشش زمین (LULC) است [ 8 ، 16 ]. تغییر اقلیم بارش و تبخیر و تعرق (تابش خورشیدی، دما و بارش) را در حوضه های آبخیز تغییر می دهد [ 17 ]، که چرخه آب منطقه ای، فرآیندهای نفوذ، مدل نگهداری آب و در نتیجه عملکرد آب را تغییر می دهد [ 18 ]. تحقیقات اخیر این فرآیند را بررسی کرده است. برای مثال، ژان و همکاران. (2011) تعداد منابع آب در بالادست مخزن میون را تخمین زد و دریافت که تغییر کاربری زمین عامل اصلی تغییرات عملکرد آب در منطقه است [ 19 ]]؛ پساک و همکاران (2015) بازده آب را در داده‌های بارش مختلف ارزیابی کرد و دریافت که تغییرات بارش احتمالاً باعث تفاوت‌های مکان و بزرگی قابل توجهی در عملکرد آب می‌شود [ 20 ]. گائو و همکاران (2017) تأثیر تغییر کاربری زمین را بر خدمات اکوسیستم مرتبط با آب ارزیابی کرد و دریافت که گسترش مداوم زمین های ساخته شده احتمالاً باعث افزایش تولید آب می شود. این محققان تجزیه و تحلیل های عمیقی از تغییرات آب و هوا و LULC بر روی عملکرد آب منطقه ای انجام داده اند [ 21 ]]. با این حال، بیشتر مطالعات تنها بر تأثیر یک عامل واحد متمرکز شده‌اند و تعداد کمی از آنها میزان تأثیر دو عامل مختلف را بر عملکرد آب منطقه‌ای ارزیابی کرده‌اند. قابل ذکر است، مدل InVEST (ارزش‌گذاری یکپارچه خدمات اکوسیستمی و مبادلات)، ابزاری با منبع باز و توانایی فضایی قوی، به طور گسترده در ارزیابی خدمات اکوسیستم استفاده شده است و پشتیبانی فنی مهمی را برای تحقیق در مورد خدمات بازده آب فراهم می‌کند. در مقایسه با مدل‌های دیگر، مدل InVEST دارای نمونه‌های بیشتر و محاسبات راحت‌تر با نیازهای داده‌ای کمتر است و می‌تواند به طور موثر قانون پاسخ خدمات اکوسیستم را آشکار کند و پایه‌ای علمی برای مدیریت اکولوژیکی و برنامه‌ریزی حفاظت از محیط زیست ارائه دهد [ 22 ، 23 ].]. با این حال، بیشتر مطالعات مربوط به مدل InVEST برای تقسیمات اداری یا در مقیاس رودخانه انجام شد و تحقیقات در مورد خدمات بازده آب در سایت سر آب نسبتاً نادر است.
حوضه دریاچه دونجیانگ یکی از منابع مهم آب در استان هونان در چین است. این حوضه یک حوزه آبخیز کلیدی و مکانی برای پروژه های آزمایشی جبران زیست محیطی برای منابع آب در چین است. دریاچه دونجیانگ بزرگترین مخزن در استان هونان است که آب کمیاب و باکیفیت را برای ساکنانش تامین می کند. به عنوان دومین منبع آب برای تجمع شهری چانگشا-ژوژو-شیانگتان در چین، حوضه دریاچه دونجیانگ برای 13 میلیون نفر در 13 شهرستان (شهر) از جمله چانگشا، ژوژو، شیانگتان، هنگ یانگ و چنژو سود برده است. بنابراین، پایداری عملکرد خدمات تامین آب در این حوضه برای توسعه منطقه ای، اجتماعی و اقتصادی ضروری است.24 ، 25 ، 26 ، 27 ، 28 ، 29 ] اما فاقد بررسی عمیق مکانیسم محرک تغییرات عملکرد آب حوضه است.
این مطالعه تلاش کرد تا از ماژول بازده آب مدل InVEST برای تخمین خدمات بازده آب حوضه دریاچه Dongjiang استفاده کند. علاوه بر این، شش سناریو برای بررسی کمی تأثیر آب و هوا و تغییرات LULC بر عملکرد آب حوضه طراحی شد. انتظار می رود که نتایج یک مرجع نظری مهم برای مدیریت اکولوژیکی و حفاظت از سایت های منبع آب، و همچنین برنامه ریزی و استفاده از منابع آب ارائه کند.

2. مواد و روشها

2.1. منطقه مطالعه

حوضه دریاچه دونجیانگ (113°13’26″E–114°3’00″ شرقی، 25°20’51″N-26°10’30″ شمالی) عمدتاً به حوضه آبریز رودخانه‌هایی اشاره دارد که به دریاچه Dongjiang می‌ریزند. این منطقه در بخش جنوبی شهر چنژو، هونان، چین واقع شده است و 4851.04 کیلومتر مربع را پوشش می دهد ( شکل 1 ). این زمین در شرق مرتفع و در غرب پست است و ارتفاع آن از سطح دریا از 180 تا 1691 متر متغیر است. این حوضه دارای آب و هوای نیمه گرمسیری مرطوب موسمی است که تابستان‌های گرم و مرطوب و زمستان‌های سرد و خشک دارد. میانگین بارندگی سالانه 1645 میلی‌متر و میانگین دمای سالانه بین 13.7 تا 18.7 درجه سانتی‌گراد است. مخزن دریاچه دونجیانگ در دهه 1970 ساخته شد. زمانی که سطح آبگیری طبیعی 285 متر بود، سطح آب 160 کیلومتر مربع بودذخیره آب 8.12 میلیارد متر مکعب و ظرفیت ذخیره موثر 5.67 میلیارد متر مکعب بوده است . این مخزن همچنین منبع پایین دستی آب صنعتی، کشاورزی و خانگی است. از سال 2000، دریاچه Dongjiang تقریبا هر سال آب رودخانه Xiangjiang را دوباره پر می کند. به طور خاص، میزان آب به 2.25 × 10 9 m 3 ، 846 × 10 9 m 3 ، 900 × 10 9 m 3 و 12.9 × 10 9 m 3 رسید.طی سالهای خشک سالهای 2003، 2008، 2009 و 2017 به ترتیب. علاوه بر این، غلظت فلزات سنگین در بخش های ژوژو، شیانگتان و هنگ یانگ رودخانه Xiangjiang اغلب از مقادیر استاندارد فراتر می رود. این بخش‌ها نیز با آبگیری دریاچه Dongjiang رقیق می‌شوند تا از کمبود آب در شهر پایین دست جلوگیری شود. بنابراین، ثبات خدمات تامین آب در حوضه دریاچه دونجیانگ برای حفظ عملکرد طبیعی اکولوژیکی کل حوضه رودخانه Xiangjiang حیاتی است.

2.2. منبع اطلاعات

داده‌های مورد استفاده در این مطالعه شامل داده‌های LULC، داده‌های هواشناسی، داده‌های خاک، داده‌های رقومی ارتفاع و غیره است که در جدول 1 نشان داده شده است.

2.3. مواد و روش ها

2.3.1. مدل تخمینی برای بازده آب

در واقع، مدل InVEST به طور کامل در خدمات اکوسیستم آب اعمال شده است [ 22 ، 30 ، 31 ]، و این مطالعه از ماژول بازده آب InVEST3.9.0 برای شبیه‌سازی بازده آب و الگوی توزیع فضایی آن در حوضه دریاچه Dongjiang استفاده کرد. این مدل بر اساس مفروضات بودیکو بود: متغیرهای ذخیره آب حوضه در مقیاس میانگین چند ساله نادیده گرفته شده اند، فرآیند تلاقی را ساده می کند، و هیچ تمایزی بین رواناب سطحی، رواناب خاک و جریان پایه وجود ندارد. اصول خاص را می توان در کتابچه راهنمای عملی InVEST2.3.0 یافت [ 18 ]، و معادلات مربوطه به صورت زیر نشان داده شده است.

Yایکسj=(1–آEتیایکسjپایکس)×پایکس
آEتیایکسjپایکس=1+ωایکسآرایکسj1+ωایکسآرایکسj+1آرایکسj
آرایکسj=ک×Eتیoپایکس
ωایکس=زآدبلیوسیایکسپایکس
آدبلیوسیایکس=ممنن(مآایکس سoمنل Dهپتیساعتایکس،آرooتی Dهپتیساعتایکس)×پآدبلیوسیایکس
در معادلات (1)-(5): Y x j میانگین آب سالانه روی پیکسل x برای نوع پوشش زمین j است . P x میانگین بارندگی سالانه بر روی پیکسل x است. AET xj میانگین تبخیر و تعرق واقعی سالانه بر روی پیکسل x برای پوشش زمین نوع j است . ω x یک پارامتر غیر فیزیکی بدون بعد است که نسبت آب موجود گیاه به بارش مورد انتظار روی پیکسل x را بازبینی می کند . R x j شاخص خشکی بودیکو در پیکسل x استبرای پوشش زمین نوع j ; k (یا ET k ) یک فاکتور محصول بر اساس نسبت بین تبخیر و تعرق ET و تبخیر و تعرق مرجع ET o برای محصولات در مراحل مختلف رشد است. Z ضریب ژانگ (ضریب فصلی) است که باید بر اساس نتایج شبیه‌سازی بازده آب و مشاهدات رواناب سالانه در اعتبارسنجی مدل تنظیم شود. AWC x محتوای آب موجود در کارخانه حجمی روی پیکسل x است. حداکثر عمق خاک x حداکثر عمق خاک در پیکسل x است. عمق ریشه xعمق ریشه در پیکسل x است. و PAWC x ظرفیت آب موجود در پیکسل x است.

2.3.2. مدل CA-Markov

مدل CA–Markov کوپلینگ خودکار سلولی (CA) و مدل مارکوف است. مدل مارکوف تبدیل LULC را با به دست آوردن احتمال اولیه و احتمال انتقال بر اساس زنجیره مارکوف منعکس می کند. در نتیجه، می توان از آن برای پیش بینی روند تعداد انواع زمین های آینده استفاده کرد [ 32 ]. CA نوعی مدل پویا آماری است که بر اساس قوانین تبدیل برای شبیه‌سازی تحولات مکانی-زمانی پیچیده است و دارای توانایی پیش‌بینی مکانی پیچیده قوی است که می‌تواند در داده‌های شطرنجی و برداری اعمال شود [ 32 ، 33 ، 34 ]. این ترکیب به طور گسترده در تحقیقات مربوطه مورد استفاده قرار گرفته است و می تواند دقت را بهبود بخشد یا شبیه سازی تغییرات فضایی در الگوهای LULC را تقویت کند.35 ، 36 ]. بنابراین، ما مدل CA–Markov را برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی الگوهای LULC در سال 2030 انتخاب کردیم و این فرآیند عمدتاً توسط ماژول CA–Markov از IDRISI Selva 17.0 تکمیل شد. در این فرآیند، این مطالعه داده‌های LULC سال‌های 2000 و 2010 را با داده‌های DEM و جاده ترکیب کرد تا مجموعه تصویر مناسب انتقال (یعنی DEM، شیب و فاصله از جاده ملی، جاده استانی، جاده شهرستانی) را ایجاد کند و 10 تکرار برای شبیه‌سازی انجام داد. الگوی LULC در سال 2020 با فیلتر 5 × 5 سلولی (اندازه سلولی 1 کیلومتر). در نهایت، صحت اعتبارسنجی داده‌های شبیه‌سازی‌شده با داده‌های به‌دست‌آمده در سال 2020 انجام شد. ضریب کاپا 0.859 بود که نشان‌دهنده مناسب بودن مدل برای حوضه دریاچه Dongjiang است.
در همین حال، بر اساس LULC سال 2020، با در نظر گرفتن دو خواسته اصلی توسعه حوضه دریاچه دونگجیانگ در آینده – توسعه گردشگری و حفاظت از منابع آب [ 37 ، 38]، ما از مدل CA-Markov برای شبیه سازی الگوی LULC در سال 2030 از طریق دو سناریو استفاده کردیم. (1) سناریوهای توسعه طبیعی. حوضه دریاچه Dongjiang بر اساس شرایط گردشگری گذشته (به عنوان مثال، عوامل زمین و ترافیک) به توسعه خود ادامه داد، بنابراین ما هیچ محدودیتی در تبدیل بین LULC ایجاد نکردیم، فقط الگوی LULC را در سال 2030 با مجموعه تصاویر مناسب شبیه سازی کردیم. (2) سناریوی توسعه حفاظت از محیط زیست. به عنوان یک منبع اصلی آب منطقه ای، جنگل ها، مراتع و بدنه های آبی در حوضه باید به طور جدی محافظت شوند. بنابراین، هنگام شبیه‌سازی سناریوی حفاظت از محیط‌زیست، به ترتیب بر اساس مجموعه تصویر مناسب، تبدیل زمین‌های جنگلی، علفزار، آب را به زمین کشاورزی و زمین ساخته شده محدود کردیم. سرانجام،

2.3.3. تنظیمات سناریو

این مطالعه شش سناریو را برای مطالعه کمی و مشخص کردن اثرات آب و هوا و تغییرات LULC بر عملکرد آب طراحی کرد، همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است.. علاوه بر این، از آنجایی که حوضه دریاچه Dongjiang در یک منطقه کوهستانی قرار دارد و تغییرات LULC در یک بازه زمانی کوتاه کوچکتر بود، ما یک مطالعه مقایسه ای را در فواصل 10 ساله انجام دادیم تا تفاوت ها را در تغییرات زمانی آب و هوا و LULC منعکس کنیم. برای سناریوی واقعی، داده‌های اقلیمی با داده‌های LULC در دریاچه Dongjiang در سال‌های 2000، 2010 و 2020 مطابقت داشتند. برای سناریوهای تغییر آب و هوا، LULC برای تعیین تأثیرات تغییرات آب و هوا بر خدمات تولید آب اکوسیستم، بدون تغییر تنظیم شد. برای سناریوهای تغییر LULC، عناصر آب و هوایی بدون تغییر باقی ماندند تا اثرات تغییرات LULC بر خدمات بازده آب اکوسیستم تعیین شود. در نهایت، برای انجام یک تحلیل مقایسه ای، دوره مورد مطالعه به سه دوره 2000-2010، 2010-2020 و 2000-2020 تقسیم شد.
با توجه به تغییرات بازده آب در سناریوهای مختلف، سهم تغییرات آب و هوا و LULC در خدمات بازده آب اکوسیستم را می‌توان با فرمول‌های زیر تعیین کرد:

آرسی=سیسی+L×100
آرL=Lسی+L×100
در معادلات (6) و (7): R C به سهم تغییرات آب و هوایی در خدمات تولید آب اکوسیستم اشاره دارد. R L به سهم تغییرات LULC در خدمات تولید آب اکوسیستم اشاره دارد. C تغییرات در بازده آب در سناریوی تغییرات آب و هوایی است. L تغییرات در بازده آب در سناریوی تغییر LULC است.

2.4. پردازش داده ها

متغیرهای ورودی برای ماژول بازده آب InVEST شامل LULC، بارش، تبخیر و تعرق مرجع، کسر آب در دسترس گیاه، لایه محدودکننده عمق به ریشه و جدول پارامترهای بیوفیزیکی بود. داده ها به شرح زیر پردازش شدند: داده های DEM و LULC با ArcGIS10.4 (روش تخصیص نزدیکترین همسایه) در پنج دوره (2000، 2005، 2010، 2015، 2020) به 1 کیلومتر نمونه برداری شدند. داده‌های بارش برای سال‌های 2000، 2005 و 2010 به‌ترتیب با میانگین‌گیری از داده‌های بارش شطرنجی 1 کیلومتری برای سال‌های 1999-2001، 2004-2006، و 2009-2011، برای مطابقت با زمان داده LULC و اجتناب از نمایش کم داده های سال با در نظر گرفتن تأثیر تغییرات شدید آب و هوا در سال های خاص.8 ، 9 ].) و میانگین گیری (مقدار میانگین حسابی). کسر آب در دسترس گیاه با استفاده از فرمول تجربی پیشنهاد شده توسط ژو و همکاران محاسبه شد. (2005) [ 39 ] و سپس به داده های شطرنجی 1 کیلومتری با استفاده از ArcGIS10.4 پردازش شد. با استفاده از فرمول تصحیح شده FAO-56 Penman-Monteith بر روی داده های هواشناسی روزانه [ 40] و میانگین چند ساله و درون یابی فضایی ANUSPLIN، تبخیر و تعرق محصول مرجع به داده های شطرنجی 1 کیلومتری پردازش شد. عمق لایه محدود کننده ریشه تقریباً با عمق مرجع خاک جایگزین شد. جدول پارامترهای بیوفیزیکی ویژگی‌های نوع LULC، از جمله کدگذاری LULC، حداکثر عمق ریشه و ضریب تبخیر و تعرق را منعکس می‌کند. حداکثر عمق ریشه به حداکثر عمق ریشه یک نوع کاربری اراضی پوشیده از پوشش گیاهی اشاره دارد که از سند توصیف مدل InVEST [ 18 ] مشتق شده است. ضریب تبخیر و تعرق هر نوع LULC بر اساس مقدار مرجع ضریب تبخیر و تعرق سازمان غذا و کشاورزی (FAO) بود ( جدول 3 ).

2.5. تعیین عامل فصلی (Z)

با تعیین سایر پارامترها، مدل را با تنظیم ضریب فصلی (Z) در محدوده 1 تا 30 کالیبره کردیم. طبق اصل تعادل آب، تفاوت بین بارش و تبخیر و تعرق واقعی برابر است با مجموع ذخیره آب خاک و رواناب سطحی، در حالی که اندازه گیری محتوای آب خاک پیچیده و با دقت پایین است. بنابراین، تغییر ذخیره آب خاک در مقیاس متوسط ​​سالانه می تواند ناچیز باشد. علاوه بر این، با اشاره به نتایج تحقیقات مرتبط و داده های ورودی مخزن Dongjiang [ 25 ، 26 ، 27 ، 28 ، 29]، عمق رواناب سطحی واقعی (1297.74 میلی متر) در مقیاس متوسط ​​چند ساله را می توان از نتایج Xu و همکاران محاسبه کرد. (2016 و 2017). بر این اساس، ما محاسبات زیادی را برای ایجاد نمودار پراکندگی بین میانگین عمق آب در پنج دوره و عامل فصلی (Z) انجام دادیم ( شکل 2 ). در نهایت، از طریق معادله خطی پراکندگی، همراه با رواناب سطحی واقعی در مقیاس میانگین چند ساله به دست آمده در بالا، مقدار Z در نهایت 1.58 تعیین شد.

3. نتایج و تجزیه و تحلیل

3.1. تغییرات زمانی و مکانی عملکرد آب در حوضه دریاچه دونجیانگ

برای تغییرات زمانی، روند تولید آب در حوضه دریاچه دونجیانگ طی سال‌های 2000 تا 2020 کاهش اولیه و به دنبال آن افزایش را نشان داد (همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ). میانگین عمق آب دهی بین 1000 تا 1400 میلی متر و کل بازده آب بین 4.65 × 10 9 و 6.5 × 10 9 متر مکعب بود . بیشترین بازده آب در سال 2000 (6.48 × 109 m3 ) و کمترین آن در سال 2010 (5.02 × 109 m3 ) رخ داد .). از نظر تعادل آب، بارش و تبخیر عوامل کلیدی تعیین کننده عملکرد آب در اکوسیستم ها هستند. علاوه بر این، بارش یکی از متغیرهای مهم تغییر اقلیم است و تبخیر و تعرق واقعی هم تحت تأثیر اقلیم (تابش، دما، رطوبت و سرعت باد) و پوشش سطح زیرین قرار می‌گیرد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، تغییر در میانگین بارندگی در طول سری زمانی با میزان تولید آب مطابقت داشت و کاهش اولیه را نشان داد و به دنبال آن افزایش داشت: بیشترین میزان بارش در سال 2000 (1733.42 میلی متر) و کمترین آن در سال 2010 (1418.84 میلی متر) رخ داد. علاوه بر این، تبخیر بالقوه و تبخیر واقعی هر دو نوسانات بالایی را نشان دادند، اما تفاوت‌های چند ساله آنها معنی‌دار نبود و به ترتیب نزدیک به 900 میلی‌متر و 340 میلی‌متر حفظ شد.
الگوی فضایی تولید سالانه آب در حوضه دریاچه دونجیانگ سازگار بود (همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.) از ناحیه دریاچه به منطقه اطراف افزایش می یابد. کمترین مقدار در ناحیه دریاچه با بازده سالانه آب بین 190 تا 700 میلی متر رخ داده است. بیشترین مقدار در ناحیه شمال شرقی با ذخیره سالیانه آب بین 1400 تا 1900 میلی متر رخ داده است. در این مطالعه، مدل InVEST عمدتاً از تفاوت بین بارش و تبخیر واقعی برای محاسبه بازده آب استفاده کرد و توزیع فضایی درون‌یابی بارش، افزایش بارش از ناحیه دریاچه به منطقه اطراف را نشان داد. بنابراین، منطقه دریاچه یک منطقه کم بارش بود. با توجه به ظرفیت ذخیره‌سازی دریاچه Dongjiang، محتوای آب اولیه سطح زیرین بدنه آبی اشباع شده بود و بنابراین ظرفیت نفوذ باران محدود بود. علاوه بر این، تبخیر و تعرق منطقه دریاچه را می توان به تبخیر آب و تبخیر و تعرق پوشش گیاهی (غیر آبی) تقسیم کرد. اندازه گیری تبخیر بدنه آبی دریاچه به طور مستقیم دشوار بود و بیشتر آن توسط ارزش مشاهده ای اواپراتور خشکی تبدیل شد. معمولاً تبخیر توده‌های آبی بیشتر از استخر تبخیر خشکی است و از تبخیر و تعرق پوشش گیاهی بیشتر است.41 ]، که منجر به ایجاد منطقه کم ارزش آب در منطقه دریاچه می شود. منطقه پر ارزش در ناحیه شمال شرقی احتمالاً مربوط به بارش و تبخیر و تعرق انواع مختلف پوشش گیاهی است.
برای تحلیل بیشتر تفاوت‌های تغییرات فضایی، تغییرات توزیع بازده آب از ابزار محاسبه‌گر شطرنجی ArcGIS10.4 استخراج شد، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.. ما یک روند کاهش واضح را در 2000-2010 مشاهده کردیم، و درجه کاهش در شمال بیشتر و در جنوب کمتر بود. میزان کاهش در طی سال‌های 2005 تا 2010، به‌ویژه در ناحیه دریاچه، که به وضوح با کاهش بارندگی در این دوره مرتبط بود (میانگین بارندگی سالانه 14/16 درصد کاهش یافت و میانگین تبخیر و تعرق سالانه تنها 87/1 درصد کاهش یافت) بیشترین میزان کاهش را داشت. در مقابل، بازده کلی آب حوضه در طول دوره 2010-2020 به طور قابل توجهی افزایش یافت، به ویژه طی سال های 2010-2015، و درجه افزایش در شمال شرقی بیشتر و در میانه غرب کمتر بود، از 0 تا 700 میلی متر (میانگین درجه افزایش واحد 300.81 میلی متر بود). در این مدت، میانگین بارندگی سالانه به میزان 03/22 درصد افزایش چشمگیری داشته است. در حالی که میانگین تبخیر و تعرق واقعی سالانه افزایش بسیار کمتری را نشان داد و تنها 3.43٪ بود. در نتیجه، عملکرد آب حوضه افزایش کلی نشان داد. ما کاهش اندکی در عملکرد آب در دوره 2015-2020 مشاهده کردیم، که عمدتاً به دلیل کاهش بارندگی (متوسط ​​بارش سالانه کاهش 3.07٪) و افزایش قابل توجه در تبخیر و تعرق (میانگین تبخیر و تعرق واقعی سالانه 1.6 برابر افزایش یافته است) در حوضه دریاچه دونجیانگ این باعث کاهش بازده آب، با محدوده کاهش بین 0 تا 200 میلی متر (میانگین 53.54 میلی متر) شد. بنابراین، تبخیر سطحی واقعی نسبت به بارش، تأثیر کمی بر عملکرد آب حوزه داشت. ما کاهش اندکی در عملکرد آب در دوره 2015-2020 مشاهده کردیم، که عمدتاً به دلیل کاهش بارندگی (متوسط ​​بارش سالانه کاهش 3.07٪) و افزایش قابل توجه در تبخیر و تعرق (میانگین تبخیر و تعرق واقعی سالانه 1.6 برابر افزایش یافته است) در حوضه دریاچه دونجیانگ این باعث کاهش بازده آب، با محدوده کاهش بین 0 تا 200 میلی متر (میانگین 53.54 میلی متر) شد. بنابراین، تبخیر سطحی واقعی نسبت به بارش، تأثیر کمی بر عملکرد آب حوزه داشت. ما کاهش اندکی در عملکرد آب در دوره 2015-2020 مشاهده کردیم، که عمدتاً به دلیل کاهش بارندگی (متوسط ​​بارش سالانه کاهش 3.07٪) و افزایش قابل توجه در تبخیر و تعرق (میانگین تبخیر و تعرق واقعی سالانه 1.6 برابر افزایش یافته است) در حوضه دریاچه دونجیانگ این باعث کاهش بازده آب، با محدوده کاهش بین 0 تا 200 میلی متر (میانگین 53.54 میلی متر) شد. بنابراین، تبخیر سطحی واقعی نسبت به بارش، تأثیر کمی بر عملکرد آب حوزه داشت. با محدوده کاهش بین 0 تا 200 میلی متر (میانگین 53.54 میلی متر). بنابراین، تبخیر سطحی واقعی نسبت به بارش، تأثیر کمی بر عملکرد آب حوزه داشت. با محدوده کاهش بین 0 تا 200 میلی متر (میانگین 53.54 میلی متر). بنابراین، تبخیر سطحی واقعی نسبت به بارش، تأثیر کمی بر عملکرد آب حوزه داشت.

3.2. تحلیل سناریو

تحلیل سناریو معمولاً در محیط‌های اکولوژیکی و برنامه‌ریزی توسعه منطقه‌ای برای بررسی کمی مکانیسم‌های داخلی تغییرات منطقه‌ای با مقایسه نتایج شرایط مختلف تنظیم استفاده می‌شود [ 42 ]. همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، عمق بازده آب هر نوع پوشش زمین در حوضه دریاچه دونجیانگ به ترتیب زمین های شهری و ساخته شده > مرتع > بیشه ها > جنگل > زمین های زیر کشت رخ داده است. اگرچه زمین های شهری و ساخته شده بالاترین میزان آب را نشان می دهند، اما دسترسی به این منبع آب دشوار است زیرا بارش بر روی سطوح غیرقابل نفوذ می ریزد و مستقیماً به خط لوله زهکشی شهری می ریزد. علاوه بر بارش و تبخیر و تعرق، علفزارها، بیشه‌زارها، جنگل‌ها و زمین‌های زیر کشت نیز تحت‌تاثیر عوامل ترکیبی رواناب سطحی، محتوای آب خاک، ظرفیت نگهداری آب بستر، و رهگیری تاج‌پوش قرار می‌گیرند که منجر به ارائه خدمات متفاوت آب بین زمین‌های مختلف می‌شود. انواع پوشش زمین های برهنه بیشترین عمق برداشت آب را داشتند، اما پوشش منطقه ای کوچک و ظرفیت برداشت آب نسبت به سایر انواع پوشش اراضی اطراف آسیب پذیر بود. میزان بارندگی منطقه دریاچه کمتر و تبخیر بیشتر از پوشش گیاهی بود.41 ]. علاوه بر این، تغییر در عمق بازده آب و بارش برای هر نوع LULC به طور قابل‌توجهی ثابت بود و کاهش اولیه و به دنبال آن افزایش را نشان داد. با این حال، دامنه های مختلف تغییر بین انواع مختلف پوشش زمین به طور قابل توجهی تحت تأثیر ترکیب آب و هوا و تغییرات LULC قرار گرفت.

3.2.1. اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد آب

تغییرات آب و هوایی عمدتاً بر عملکرد آب از طریق بارش و تبخیر و تعرق بالقوه تأثیر می گذارد. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است ، میانگین عمق آبدهی در سناریوهای 1 (1081.13 میلی متر) و 2 (1327.66 میلی متر) نسبت به وضعیت واقعی (1394.98 میلی متر) به ترتیب 313.85 میلی متر و 67.32 میلی متر کاهش یافته است. مقدار کل بازده آب نیز 5.02 × 10 9 m 3 و 6.17 × 10 9 m 3 بود.، به ترتیب؛ این نشان می دهد که تغییرات آب و هوایی باعث شده است که بازده آب حوضه ابتدا کاهش و سپس افزایش یابد. علاوه بر این، عمق بازده آب در سناریوی 3 با 67.13 میلی‌متر کاهش یافت و به 1327.85 میلی‌متر رسید، و مقدار کل بازده آب نسبتاً مطابق با سناریوی 2 بود. جدول 4نشان می‌دهد که بازده آب زمین‌های شهری و ساخته‌شده، زمین‌های جنگلی، بیشه‌زارها، علفزار و زمین‌های زیر کشت به‌طور متوسط ​​21.36 درصد در سال‌های 2000-2010 کاهش یافته است و میانگین بارندگی سالانه 18.15 درصد کاهش یافته است. بازده آب انواع پوشش زمین نیز در سال‌های 2010-2020 به میزان 21.15 درصد افزایش یافت و میانگین بارش سالانه مربوطه نیز 18.29 درصد افزایش یافت. بنابراین، عملکرد آب حوضه به طور قابل توجهی تحت تأثیر تغییرات اقلیمی به ویژه بارش قرار گرفت که همبستگی مثبتی با عملکرد آب داشت.

3.2.2. اثرات تغییرات LULC بر بازده آب

برخلاف تغییرات آب و هوایی، فعالیت های انسانی با تغییر سطح زیرین جو، به طور قابل توجهی بر تغییرات LULC تأثیر می گذارد، که به نوبه خود بر عملکرد آب حوزه تأثیر می گذارد. نتایج نشان می دهد ( شکل 7میانگین عمق آبدهی سناریوهای 4 (1395.21 میلی متر) و 5 (1395.92 میلی متر) به ترتیب 0.23 میلی متر و 0.94 میلی متر در مقایسه با سناریوی واقعی در سال 2000 کاهش یافته است. میلی متر، افزایش 0.65 میلی متری در مقایسه با سناریوی واقعی در سال 2010. علاوه بر این، در مقایسه با تغییر در عمق آب برای هر نوع LULC، میانگین سالانه تغییر در عمق برداشت آب طی سال های 2000-2010 تنها 0.08٪ بود (یعنی ، بدون تغییر). عمق بازده آب جنگل مختلط نیز طی سال‌های 2010 تا 2020 به میزان 1.21 درصد افزایش یافته است که ممکن است به دلیل اجرای سیاست حفاظت از محیط زیست دریاچه دونجیانگ در این دوره باشد. عمق بازده آب سایر انواع پوشش زمین تغییر کمی نشان داد. استثناء زمین بایر به دلیل پوشش مساحت کم و وابستگی آن به زمین های اطراف بود. ظرفیت برداشت آب آن آسیب پذیر بود، بنابراین دامنه تغییرات آن نسبتاً بزرگ (2.72٪) بود. به طور کلی، تحت شرایط آب و هوای بدون تغییر، تغییرات LULC تأثیر نسبتاً کمی در حوضه دریاچه Dongjiang خواهد داشت و تنها با افزایش اندکی در بازده آب همراه است.

3.2.3. کمیت مشارکت

با توجه به تجزیه و تحلیل فوق، سهم تغییرات آب و هوایی در تولید آب در حوضه دریاچه دونجیانگ 98.26٪ در طول سال های 2000-2020 بود، در حالی که تغییرات LULC تنها 1.74٪ کمک کرد. در طی سال‌های 2000-2010، سهم تغییرات آب و هوایی و LULC در تولید آب به ترتیب 92/99 و 08/0 درصد بود. طی سال‌های 2010 تا 2020، سهم تغییرات آب و هوایی و LULC در تولید آب به ترتیب 99.04% و 0.96% بود. برای هر سه دوره زمانی، نرخ سهم تغییر آب و هوا در تولید آب در حوضه دریاچه دونجیانگ همه بالاتر از 98٪ بود، در حالی که نرخ سهم تغییرات LULC به طور قابل توجهی کمتر از 2٪ بود. بنابراین، تغییرات آب و هوا تأثیر قابل توجهی نسبت به تغییرات LULC بر خدمات بازده آب در حوضه دریاچه دونجیانگ داشت.

4. بحث

به طور کلی، تغییرات در تولید آب در حوضه دریاچه Dongjiang ناشی از تأثیر ترکیبی آب و هوا و تغییرات LULC است که آب و هوا تأثیر قابل توجهی دارد. این یافته ها با نتایج لانگ و همکاران نیز مطابقت داشت. (2017)، که نشان داد تأثیر تغییرات بارندگی بر عملکرد آب حوضه رودخانه سانچا حدود 97.44 درصد بود، در حالی که تأثیر تغییرات کاربری زمین تنها 2.56 درصد بود [ 3 ]. علاوه بر این، Pessacg و همکاران. (2015) دریافتند که تغییرات بارندگی باعث تفاوتهای قابل توجهی در عملکرد آب منطقه ای می شود [ 20 ]. بای و همکاران (2019) تأثیرات استفاده از زمین و تغییرات آب و هوایی را بر خدمات اکوسیستم مربوط به آب در کنتاکی، ایالات متحده کمیت کرد و دریافت که تغییرات آب و هوا تأثیر بیشتری نسبت به استفاده از زمین بر حفظ آب در مقیاس ایالتی دارد [43 ]; Sangam و همکاران (2016) تحقیق مرتبط با مسیرهای غلظت نماینده (RCPs) را در حوضه رودخانه باگو، میانمار انجام دادند و نتایج نشان داد که تأثیر تغییر اقلیم بر جریان رودخانه بیشتر از تغییر کاربری زمین در سال نزدیک بود. [ 44]. اگرچه تفاوت هایی در مقیاس، جغرافیا و غیره وجود داشت، اما تأثیر تغییر اقلیم بر عملکرد آب در کل در مقایسه با تغییرات کاربری اراضی قابل توجه تر است. در این میان، بر اساس اصل تعادل آب، بارش و تبخیر و تعرق واقعی دو عامل تعیین کننده عملکرد آب هستند. بارش یک متغیر مهم در عناصر آب و هوایی است و تبخیر و تعرق واقعی به طور مصنوعی تحت تأثیر شرایط آب و هوایی و LULC قرار می گیرد. عناصر آب و هوا عمدتاً توسط شرایط طبیعی کنترل می شوند و عوامل انسانی تأثیر کمی بر بارش دارند. با این حال، فعالیت های انسانی به طور قابل توجهی بر تغییرات LULC تأثیر گذاشت، اما تغییرات LULC تأثیر کمی بر عملکرد آب داشت. این ممکن است به دلیل پیچیدگی فرآیند تغییر باشد [ 45]، به موجب آن انتقال بین انواع مختلف LULC ممکن است باعث افزایش و کاهش تولید آب شود. نسبت به تغییرات آب و هوایی، تغییرات LULC بیشتر بر توزیع فضایی عملکرد آب حوضه تأثیر می گذارد، بنابراین بر عملکرد کل آب منطقه ای تأثیر می گذارد.

4.1. پیش‌بینی‌های بازده آب آینده بر اساس مدل‌های CA-Markov

برای درک روند تولید آب در آینده و بررسی بیشتر اثرات تغییرات LULC بر بازده آب در دریاچه دونجیانگ، از مدل CA-Markov برای شبیه‌سازی الگوی LULC در حوضه دریاچه Dongjiang برای سال 2030 استفاده کردیم. بر اساس سال 2020، با این فرض که بارش و تبخیر و تعرق در سال 2030 با میانگین سالانه داده های هواشناسی برای سال های 2010 تا 2020 مطابقت داشت، تولید آب در سال 2030 تحت دو سناریو شبیه سازی شد: (1) سناریوی توسعه طبیعی LULC (همانطور که در شکل 8 ب نشان داده شده است) و (2) سناریوی حفاظت از محیط زیست LULC (همانطور که در شکل 8 نشان داده شده استآ). با مقایسه 8a با 8b، دریافتیم که حداکثر بازده آب در سناریوی توسعه طبیعی بیشتر از سناریوی حفاظت از محیط زیست بود. علاوه بر این، در حوضه جنوبی، بازده آب در حالت توسعه طبیعی به طور قابل‌توجهی بیشتر از وضعیت حفاظت از محیط زیست بود، که احتمالاً به دلیل گسترش زمین‌های شهری و ساخته‌شده تحت توسعه طبیعی است. مطابق جدول 5مساحت زمین های شهری و ساخته شده تحت سناریوی توسعه طبیعی بیش از سه برابر سناریوی حفاظت از محیط زیست است. زمین های زیر کشت نیز 7 درصد افزایش یافت و جنگل ها و بیشه ها به درجات مختلف کاهش یافت. علاوه بر این، عمق آب برداشت هر نوع پوشش زمین بدون تغییر باقی ماند، اما مقدار آب کل 1.16٪ افزایش یافت. همانطور که در نتایج فوق نشان داده شد، زمین های شهری و ساخته شده دارای آبدهی واحد بیشتری بودند و مساحت آن به طور مداوم افزایش می یافت. در مقابل، بازده آب جنگل ها و علفزارها نسبتاً کم بود و مساحت آنها کوچک شده بود. با تغییر توزیع عملکرد آب منطقه ای، تغییرات در انواع LULC به طور قابل توجهی مقدار کل بازده آب را تغییر داد. گسترش زمین های ساخته شده اغلب مساحت سطح غیر قابل نفوذ را افزایش می دهد که تعادل آب را تغییر می دهد. نفوذ بارش را کاهش می دهد، رواناب را افزایش می دهد و عملکرد آب منطقه ای را افزایش می دهد. در مقابل، جنگل‌ها و مراتع، رواناب سطحی بیشتری را متوقف می‌کنند، نفوذ خاک را افزایش می‌دهند، زمان تلاقی بارش را به تأخیر می‌اندازند و دبی اوج سیل و تبخیر و تعرق پوشش گیاهی را کاهش می‌دهند. در نتیجه، بازده آب جنگل و علفزار نسبتاً کم بود. با این حال، زمین‌های ساخته‌شده در دوره‌های طولانی‌تری به گسترش خود ادامه دادند و سطح غیرقابل نفوذ همچنان افزایش یافت، که ممکن است یک دبی اوج سیل ایجاد کند و خطر غرقابی در منطقه شهر را افزایش دهد. بنابراین برای کاهش خطر سیل و مخاطرات مرتبط با آن در آینده، لازم است تجاوز شهری به جنگل ها و مراتع (به ویژه در تپه های پر باران) به حداقل برسد، فضای سبز شهری افزایش یابد، فضاهای اکولوژیکی حفظ شود.

4.2. محدودیت های تحقیق

ما یک مطالعه تطبیقی ​​بر روی عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang تحت سناریوهای مختلف کاربری زمین و آب و هوا انجام دادیم تا درک خود را از خدمات بازده آب در حوضه بهبود ببخشیم. اما به دلیل اشتباهات اجتناب ناپذیر مدل InVEST مانند محاسبه بازده آب بدون در نظر گرفتن محتوای آب خاک، برخی پارامترها مانند ضریب تبخیر و تعرق، حداکثر عمق ریشه و عوامل فصلی با توجه به داده های تجربی نتایج موجود به دست آمد. که دقت تخمین بازده آب را در برخی مناطق کاهش داد. به طور مشابه، دقت مدل CA-Markov نیز نیاز به بهبود و بررسی عمیق دارد. علاوه بر این، وضوح یکنواخت همه داده‌ها در مطالعه 1 کیلومتر بود که دقت مکانی آب را محدود می‌کند. از این رو، تحقیقات آینده باید پارامترها را با بومی‌سازی آنها از طریق تحقیقات میدانی و آزمایش‌های نمونه‌برداری برای شبیه‌سازی و تأیید دقیق‌تر عملکرد آب، بهینه‌سازی کند. به طور کلی، استفاده از مدل InVEST در این مطالعه خوب بود و به طور موثر قانون تغییر کلی عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang را به تصویر کشید و پشتیبانی فنی مهمی را برای مدیریت منابع آب و حفاظت از محیط زیست ارائه کرد. علاوه بر این، نتایج این مطالعه به طور غیرمستقیم نشان داد که برآورد بازده آب نسبت به داده‌های بارش حساس‌تر است، بنابراین داده‌های بارندگی باید در هنگام انجام تخمین بازده آب با مدل InVEST انتخاب یا با دقت مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از مدل InVEST در این مطالعه خوب بود و به طور موثر قانون تغییر کلی عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang را به تصویر کشید و پشتیبانی فنی مهمی را برای مدیریت منابع آب و حفاظت از محیط زیست ارائه کرد. علاوه بر این، نتایج این مطالعه به طور غیرمستقیم نشان داد که برآورد بازده آب نسبت به داده‌های بارش حساس‌تر است، بنابراین داده‌های بارندگی باید در هنگام انجام تخمین بازده آب با مدل InVEST انتخاب یا با دقت مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از مدل InVEST در این مطالعه خوب بود و به طور موثر قانون تغییر کلی عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang را به تصویر کشید و پشتیبانی فنی مهمی را برای مدیریت منابع آب و حفاظت از محیط زیست ارائه کرد. علاوه بر این، نتایج این مطالعه به طور غیرمستقیم نشان داد که برآورد بازده آب نسبت به داده‌های بارش حساس‌تر است، بنابراین داده‌های بارندگی باید در هنگام انجام تخمین بازده آب با مدل InVEST انتخاب یا با دقت مورد استفاده قرار گیرند.

5. نتیجه گیری ها

حوضه دریاچه Dongjiang منبع مهم رودخانه Xiangjiang و دومین منبع آب برای منطقه Changsha-Zhuzhou-Xiangtan در چین است. بنابراین حوضه برای توسعه هماهنگ اقتصاد اجتماعی منطقه ای و محیط زیست محیطی بسیار مهم است. این مطالعه سعی کرد از مدل InVEST برای تخمین کمی عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang استفاده کند. ما همچنین یک تحلیل سناریو برای مقایسه اثرات تغییرات آب و هوا و LULC بر عملکرد آب و کشف مکانیسم‌های داخلی تشکیل خدمات بازده آب در حوضه دریاچه Dongjiang انجام دادیم. انتظار می رود که نتایج یک مبنای نظری مهم برای برنامه ریزی علمی و مدیریت منابع فضای زمین و همچنین حفظ ثبات عملکرد تامین آب در حوضه دریاچه دونجیانگ فراهم کند.
(1) با توجه به نتایج سری زمانی، عملکرد آب در حوضه دریاچه Dongjiang با کاهش اولیه و به دنبال آن افزایش مشخص شد. از نظر فضایی نیز بازده آب از ناحیه دریاچه به منطقه اطراف کاهش یافت. عمق آب حوضه دریاچه دونجیانگ در طول سال‌های 2000-2010 22.49 درصد کاهش یافت و در سال‌های 2010-2020 به میزان 22.87 درصد افزایش یافت. میانگین عمق آبدهی بین 1000 تا 1400 میلی متر بوده که کمترین مقدار آن در سال 2010 مشاهده شده است.
(2) تغییر آب و هوا تأثیر قابل توجهی بر تنوع عملکرد آب در اکوسیستم حوزه آبخیز داشت، در حالی که تأثیر تغییرات LULC نسبتاً کوچک بود. طی سال‌های 2000 تا 2020، میزان مشارکت تغییرات آب و هوایی در تولید آب در حوضه دریاچه دونجیانگ به 98.26٪ رسید و تغییرات LULC تنها 1.74٪ کمک کرد.
(3) در مقایسه با تغییرات آب و هوایی، LULC تأثیر قوی تری بر توزیع فضایی عملکرد آب حوزه داشت. به ویژه، گسترش زمین های شهری و ساخته شده، علیرغم آبدهی بیشتر، اگر محدود نباشد، مستعد غرقابی نیز بود. بنابراین، توسعه حوزه آبخیز آینده باید ساختار کاربری اراضی را بیشتر بهینه کند و عملکردهای خدمات اکولوژیکی آن را با حفاظت از فضای اکولوژیکی، از جمله جنگل‌ها و علفزارهای اطراف، حفظ و تقویت کند.

مشارکت های نویسنده

ونبو مو این ایده را ابداع کرد، تجزیه و تحلیل را انجام داد و مقاله را نوشت. یونلین ژائو، نان یانگ و ژنگانگ ژو پشتیبانی و نظارت فنی را ارائه کردند. ویپینگ ژائو و فنگ لی در جمع آوری داده ها کمک کردند. همه نویسندگان نسخه منتشر شده نسخه خطی را خوانده و با آن موافقت کرده اند.

منابع مالی

این تحقیق توسط طرح تحقیق و توسعه کلیدی استانی هونان (2019SK2336)، طرح پیشرو نوآوری علم و فناوری صنعت فناوری پیشرفته استان هونان (2020SK2019)، پروژه‌های ساخت و ساز منطقه نمایشی نوآوری برنامه توسعه پایدار ملی (2019SFQ21 استانی)، هونان حمایت شده است. و پروژه فناوری (XSKJ2019081-31)، صندوق مشترک برای نوآوری و توسعه منطقه ای NSFC (U19A2051)، و صندوق نوآوری علمی برای فارغ التحصیلان دانشگاه جنگلداری و فناوری مرکزی جنوب (CX202101015).

بیانیه در دسترس بودن داده ها

داده های ارائه شده در این مطالعه از نویسنده مسئول (YN) بنا به درخواست منطقی در دسترس است.

قدردانی

نویسندگان می خواهند از مرکز بررسی هیدرولوژی و منابع آب استان هونان برای حمایت از این داده های هیدرولوژی تشکر کنند.

تضاد علاقه

نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.

منابع

  1. کوستانزا، آر. D’Arge، R. گروت، RD; فاربر، اس. گراسو، ام. هانون، بی. لیمبورگ، ک. نعیم، س. اونیل، آر. پارولو، جی. ارزش خدمات اکوسیستمی و سرمایه طبیعی جهان. Ecol. اقتصاد 1997 ، 25 ، 3-15. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  2. رید، WV; مونی، HA; کراپر، ا. کاپیسترانو، دی. نجار، SR; چوپرا، ک. داسگوپتا، پ. دیتز، تی. دورایاپا، AK; حسن، ر. و همکاران اکوسیستم ها و سنتز رفاه انسان: گزارشی از ارزیابی اکوسیستم هزاره. فیزیک تکنولوژی 2005 ، 34 ، 534. [ Google Scholar ]
  3. لانگ، ی. آهنگ، دبلیو. ژانگ، ی. پاسخ‌های خدمات اکوسیستم تولید آب به تغییرات آب و هوایی و کاربری زمین در حوضه رودخانه سانچا، چین. فیزیک شیمی. Earth Parts A/B/C 2017 ، 101 ، 102–111. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  4. شمر، ب. Dare, A. ده موضوع تحقیقاتی کلیدی برای استفاده مجدد یکپارچه و پایدار از فاضلاب در خاورمیانه. محیط زیست علمی آلودگی Res. 2015 ، 22 ، 5699-5710. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  5. دنگ، XZ; Zhao، CH شناسایی کمبود آب و ارائه راه حل هایی برای سازگاری با تغییرات آب و هوایی در حوضه رودخانه هیهه چین. Adv. مترول 2015 ، 2015 ، 1-13. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  6. هس، ال. مایر، پ. Bingham, I. ارزیابی مقایسه ای حساسیت دانه روغنی کلزا و گندم به تامین آب محدود. ان Appl. Biol. 2015 ، 167 ، 102-115. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  7. اسمیت، LED; سیسیلیو، جی. بررسی جامع محدودیت‌ها برای مدیریت بهبود یافته کودها در چین و کاهش آلودگی آب منتشر از کشاورزی. کشاورزی اکوسیست. محیط زیست 2015 ، 209 ، 15-25. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  8. خو، جی. شیائو، ی. لی، ن. وانگ، اچ. الگوهای مکانی و زمانی تعادل عرضه و تقاضای خدمات تامین آب در حوضه دریاچه دونجیانگ و مناطق ذینفع آن. جی ریسور. Ecol. 2015 ، 6 ، 386-396. [ Google Scholar ]
  9. یانگ، جی. Xie، BP; ژانگ، دی جی؛ تائو، WQ تأثیرات تغییر اقلیم و کاربری زمین بر خدمات اکوسیستم آب در حوضه رودخانه زرد، چین. محیط زیست علوم زمین 2021 ، 80 ، 1-12. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  10. Leh، MDK; Matlock، MD; کامینگز، EC; Nalley، LL کمی سازی و نقشه برداری از تغییرات خدمات اکوسیستمی متعدد در غرب آفریقا. کشاورزی اکوسیست. محیط زیست 2013 ، 165 ، 6-18. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  11. فرانچسکونی، دبلیو. سرینیواسان، ر. پرز-مینانا، ای. Willcockd، SP; Quintero، M. استفاده از ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT) برای مدل‌سازی خدمات اکوسیستم: یک بررسی سیستماتیک. جی هیدرول. 2016 ، 525 ، 625-636. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  12. شیائو، ی. شیائو، کیو. اویانگ، ز. Qin، M. ارزیابی تغییرات در تنظیم جریان آب در منطقه چونگ کینگ، چین. محیط زیست نظارت کنید. ارزیابی کنید. 2015 ، 187 ، 1-13. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  13. نیلز، تی. ولکر، بی. آلتینم، ا. کوبینگ، جی اف. نورتازین، س. هیرشلمن، اس. پیچوتکا، تی. سلمرزولی، ر. Baibagysov، A. ارزیابی خدمات اکوسیستمی تالاب در دلتای رودخانه ایلی، قزاقستان. محیط زیست علوم زمین 2017 ، 76 ، 1-12. [ Google Scholar ]
  14. پی، ایکس. Guo، YM; فو، ب. تأثیرات منطقه ای آب و هوا و پوشش زمین بر خدمات حفظ آب اکوسیستم در حوضه رودخانه یانگ تسه بالایی. پایداری 2019 ، 11 ، 5300. [ Google Scholar ]
  15. لی، من؛ لیانگ، دی. شیا، جی. آهنگ، JX; چنگ، دی. وو، جی تی. کائو، ییل. Sun، HT ارزیابی عملکرد حفاظت از آب حوضه رودخانه دانجیانگ در کوه‌های Qinling، چین بر اساس مدل InVEST. جی. محیط زیست. مدیریت 2021 ، 286 ، 112212. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  16. Sun، SL; جنرال الکتریک، اس. کالدول، پی. مک نالتی، اس. کوهن، ای. شیائو، جی اف. ژانگ، ی. اثرات خشکسالی بر عملکرد اکوسیستم جنگل‌ها و مراتع ملی ایالات متحده: بخش دوم نتایج ارزیابی و پیامدهای مدیریتی. برای. Ecol. مدیریت 2015 ، 353 ، 269-279. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  17. لجس، دی. Vallet-Coulomb, C.; Gasse، F. پاسخ هیدرولوژیکی یک حوضه آبریز به تغییرات آب و هوا و کاربری زمین در آفریقای گرمسیری: مطالعه موردی جنوب مرکزی اتیوپی. جی هیدرول. 2003 ، 275 ، 67-85. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  18. شارپ، آر. Tallis، HT; ریکتز، تی. Guerry، AD; چوب، SA; چاپلین-کرامر، آر. نلسون، ای. عنانای، دی. ولنی، اس. اولورو، ن. و همکاران راهنمای کاربر InVEST 3.2.0. پروژه سرمایه طبیعی، دانشگاه استنفورد، دانشگاه مینه سوتا، سازمان حفاظت از طبیعت، و صندوق جهانی حیات وحش. 2015. در دسترس آنلاین: https://naturalcapitalproject.stanford.edu/software/invest (در 15 مارس 2021 قابل دسترسی است).
  19. ژان، CS; Xu، ZX; بله، AZ سو، HB ​​LUCC و تأثیر آن بر عملکرد رواناب در حوضه آبریز رودخانه بای در بالادست حوضه مخزن میون. جی. پلانت. Ecol. 2011 ، 4 ، 61-66. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  20. پساک، ن. فلاهرتی، اس. برندیزی، ال. سولمن، اس. Miguel, P. دریافت درست آب: مطالعه موردی در مدل‌سازی بازده آب بر اساس داده‌های بارش. علمی کل محیط. 2015 ، 537 ، 225-234. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  21. گائو، جی. لی، اف. گائو، اچ. ژو، CB; Zhang، XL تأثیر تغییر کاربری زمین بر خدمات اکوسیستم مرتبط با آب: مطالعه حوضه رودخانه Guishui، پکن، چین. جی. پاک. تولید 2017 ، 163 ، S148–S155. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  22. یانگ، دی. لیو، دبلیو. تانگ، LY; چن، ال. Li، XZ; Xu, XL برآورد خدمات تامین آب برای حوضه های موسمی جنوب چین: کاربرد مدل InVEST. Landsc. طرح شهری. 2019 ، 182 ، 133-143. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  23. او، سی. ژانگ، دی. هوانگ، Q. Zhao، Y. ارزیابی اثرات بالقوه گسترش شهری بر ذخیره‌سازی کربن منطقه‌ای با پیوند دادن مدل‌های LUSD-urban و InVEST. محیط زیست مدل. نرم افزار 2016 ، 75 ، 44-58. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  24. کائو، اف. کوین، پی. لو، اس. چی، اچ. وو، اف سی؛ Sun، HW; وانگ، ال. Li، LL اندازه گیری ترکیبات آلی فرار و ارزیابی خطرات مرتبط از طریق بلع و مسیرهای پوستی در دریاچه Dongjiang، چین. اکوتوکسیکول. محیط زیست Saf. 2018 ، 165 ، 645-653. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  25. لیائو، CH; Guo، HF; ژانگ، YF; Ma، JH تجزیه و تحلیل تغییرات بارندگی و جریان ورودی در مخزن Dongjiang. مصرف کننده آب. علمی تکنولوژی اقتصاد 2017 ، 32 ، 32-38. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  26. لیو، اچ. تجزیه و تحلیل تانگ، LX در مورد عملکرد عملیات مخزن در تحقق منافع جامع پروژه Dongjiang. هونان الکتریک قدرت 2011 ، 31 ، 80-85. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  27. خو، جی. شیائو، ی. زی، جی. بینش جریان خدمات اکوسیستم جیانگ، ی. به استانداردهای جبران اکولوژیکی افقی برای منابع آب: مطالعه موردی در حوضه دریاچه دونجیانگ، چین. چانه. Geogr. علمی 2019 ، 29 ، 214-230. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  28. خو، جی. شیائو، ی. زی، جی. وانگ، اس. زو، مجموعه داده فضایی-زمانی WB خدمات تامین آب در حوضه دریاچه Dongjiang (1995-2010). رقم. جی. گلوب. چانگ. Res. انتشار داده جمهوری 2017 . [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  29. خو، جی. شیائو، ی. زی، جی. وانگ، اس. زو، مجموعه داده فضایی-زمانی WB خدمات تامین آب در حوضه دریاچه Dongjiang. Acta Ecol. گناه 2016 ، 36 ، 4892-4906. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  30. بنرا، اف. فروتوس، م. گاگلیو، ام. آلوارز-گارتون، سی. فیلیپه-لوسیا، م. Bonn, A. نقشه برداری خدمات اکوسیستم آب: ارزیابی پیش بینی های مدل InVEST در مناطق کمیاب داده. محیط زیست مدل. نرم افزار 2021 ، 138 ، 104982. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  31. مارکز، اس ام. Campos، FS; دیوید، جی. Cabral، P. مدل‌سازی خدمات نگهداری رسوب و تغییرات فرسایش خاک در پرتغال: یک رویکرد فضایی-زمانی. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2021 ، 10 ، 262. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  32. کاموسوکو، سی. آنیا، م. آدی، بی. Manjoro, M. پایداری روستایی تحت تهدید در زیمبابوه – شبیه‌سازی تغییرات کاربری/پوشش زمین در آینده در منطقه Bindura بر اساس مدل اتوماتای ​​سلولی مارکوف. Appl. Geogr. 2009 ، 29 ، 435-447. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  33. پینتو، ن. Antunes، AP; Roca، J. کاربرد و کالیبراسیون یک مدل اتوماتای ​​سلولی نامنظم برای تغییر کاربری زمین. محاسبه کنید. محیط زیست شهری 2017 ، 65 ، 93-102. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  34. لو، ی. کائو، ام. Zhang، L. یک مدل اتوماتای ​​سلولی مبتنی بر برداری برای شبیه‌سازی تغییر کاربری زمین شهری. چانه. Geogr. علمی 2015 ، 25 ، 74-84. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  35. زادباقر، ا. بک، ک. Berberoglu، S. مدل سازی تغییر کاربری/پوشش زمین با استفاده از سنجش از دور و سیستم های اطلاعات جغرافیایی: مطالعه موردی حوضه سیهان، ترکیه. محیط زیست نظارت کنید. ارزیابی کنید. 2018 ، 190 ، 494. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  36. گاشاو، تی. تولو، تی. آرگاو، م. Worqlul، AW مدل‌سازی اثرات هیدرولوژیکی تغییرات کاربری زمین/پوشش زمین در حوضه آبخیز آنداسا، حوضه نیل آبی، اتیوپی. علمی کل محیط. 2017 ، 619 ، 1394–1408. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  37. Chen, YL تحقیق در مورد مکانیسم جبران زیست محیطی حوضه دریاچه Dongjiang تحت هدایت مفهوم “سبز طلاست”. نات. منبع. اقتصاد چین 2018 ، 31 ، 35-38. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  38. Xie، YH; لیائو، مطالعه QL در مورد استراتژی اقدام اکوتوریسم در پارک تالاب دریاچه دونگجیانگ در استان هونان. قوس. Cul. 2019 ، 117–118. [ Google Scholar ]
  39. ژو، WZ; لیو، جی. پان، جی. Feng, X. توزیع ظرفیت آب خاک موجود در چین. جی. جئوگر. علمی 2005 ، 15 ، 3-12. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  40. آلن، آر جی. پریرا، LS; Raes, D.; مارتین، اس. تبخیر و تعرق محصول-راهنمای محاسبه آب مورد نیاز محصولات کشاورزی- مقاله آبیاری و زهکشی فائو 56 ; فائو: رم، ایتالیا، 1998; جلد 300، ص 1-15. [ Google Scholar ]
  41. ژائو، XS؛ لیو، YB; Wu, GP مشخصات تبخیر و تعرق و عوامل محیطی منطقه دریاچه پویانگ بر اساس سنجش از دور. J. Lake Sci. 2013 ، 25 ، 428-436. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  42. بورمن، اچ. برویر، ال. گراف، تی. Huisman, J. تجزیه و تحلیل اثرات تغییرات خواص خاک مرتبط با تغییرات کاربری زمین بر تعادل آب شبیه سازی شده: مقایسه سه مدل حوضه هیدرولوژیکی برای تجزیه و تحلیل سناریو. Ecol. مدل. 2007 ، 209 ، 29-40. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  43. بای، ی. Ochuodho، TO; یانگ، جی. تأثیر استفاده از زمین و تغییرات آب و هوایی بر خدمات اکوسیستم مربوط به آب در کنتاکی، ایالات متحده. Ecol. اندیک. 2019 ، 102 ، 51-64. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  44. شرستا، س. Htut، AY تأثیرات استفاده از زمین و تغییرات آب و هوایی بر هیدرولوژی حوضه رودخانه باگو، میانمار. محیط زیست مدل. ارزیابی کنید. 2016 ، 21 ، 819-833. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  45. نی، دبلیو. یوان، ی. کپنر، دبلیو. ملیحه، س. مایکل، جی. کارولین، ای. ارزیابی اثرات استفاده از زمین و تغییرات پوشش زمین بر هیدرولوژی حوضه فوقانی سن پدرو. جی هیدرول. 2011 ، 407 ، 105-114. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Ijgi 10 00466 g001 550
شکل 1. موقعیت و مرز حوضه دریاچه دونجیانگ.
Ijgi 10 00466 g002 550
شکل 2. نمودار پراکندگی عامل فصلی Z و میانگین عمق آب در پنج دوره.
Ijgi 10 00466 g003 550
شکل 3. تغییرات در میانگین بارندگی سالانه، تبخیر و تعرق، و بازده آب در حوضه دریاچه دونجیانگ در سال 2000 تا 2020.
Ijgi 10 00466 g004 550
شکل 4. توزیع فضایی تولید آب در حوضه رودخانه دونجیانگ.
Ijgi 10 00466 g005 550
شکل 5. توزیع فضایی تغییرات تولید آب در حوضه دریاچه دونجیانگ.
Ijgi 10 00466 g006 550
شکل 6. الگوی بازده آب حوضه دریاچه دونجیانگ با LULC بدون تغییر.
Ijgi 10 00466 g007 550
شکل 7. الگوی بازده آب حوضه دریاچه دونجیانگ با آب و هوا بدون تغییر.
Ijgi 10 00466 g008 550
شکل 8. توزیع بازده آب تحت داده های مختلف LULC حوضه دریاچه Dongjiang در سال 2030. ( الف ) سناریوی توسعه طبیعی LULC. ( ب ) سناریوی توسعه طبیعی LULC.

دسته‌بندی نشده

مطالب مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید