ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกต่อสมดุลน้ำในพื้นที่ลุ่มน้ำลำเสียวโดยใช้แบบจำลอง SWAT+ Impact of Climate Change on Water Balance in Lam Siao Basin Using SWAT+ Model
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ผลกระทบการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกต่อสมดุลน้ำระดับลุ่มน้ำในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย (ลุ่มน้ำลำเสียว พื้นที่รับน้ำ 4,400 km²) ประเมินด้วยแบบจำลอง SWAT+ โดยใช้ชุดข้อมูลรายวันของภาพฉายภูมิอากาศ (ฝน, อุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุด) ระยะเวลา 30 ปี (2021–2050) จากโครงการเปรียบเทียบแบบจำลอง (CMIP) ระยะที่ 5 จำนวน 2 ฉากทัศน์ (CMIP5-RCP4.5, CMIP5-RCP8.5) และระยะที่ 6 (CMIP6-SSP5-8.5) แต่ละฉากทัศน์ใช้ชุดข้อมูลจาก 3 แบบจำลองรวม 9 ชุดข้อมูล ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบสมดุลน้ำ (การระเหยคายน้ำ, น้ำท่า, น้ำซึมลงดิน) เปรียบเทียบกับผลจากข้อมูลภูมิอากาศช่วงปีฐาน (1981–2010) ตามกลุ่มฉากทัศน์ที่รวมผลของแต่ละกลุ่มด้วยเทคนิคหลายแบบจำลองร่วมกัน จากข้อมูลภาพฉายภูมิอากาศ พบว่า อุณหภูมิและปริมาณฝนมีค่าเฉลี่ยรายปีเพิ่มขึ้น โดยช่วงฤดูแล้ง (พฤศจิกายน-เมษายน) อุณหภูมิเพิ่มมากกว่าช่วงฤดูฝน (พฤษภาคม-ตุลาคม) ปริมาณฝนเพิ่มขึ้นในช่วงฤดูฝนโดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วงกลางฤดูฝน (มิถุนายน-สิงหาคม) ขณะที่ช่วงต้นและปลายฤดูการเปลี่ยนแปลงไม่แน่นอน ข้อมูลฝนจาก CMIP5 (RCP4.5 และ RCP8.5) เพิ่มสูงกว่า CMIP6-SSP5-8.5 จากการวิเคราะห์สมดุลน้ำด้วย SWAT+ พบว่า ปริมาณน้ำท่าและน้ำซึมลงดินเพิ่มขึ้น ส่วนการระเหยคายน้ำลดลง โดยน้ำท่าและน้ำซึมลงดินเพิ่มขึ้นในช่วงฤดูฝนและเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยช่วงฤดูแล้งซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงฝน ส่วนการระเหยคายน้ำลดลงมากในช่วงฤดูแล้งจากการขาดน้ำในดิน ผลจากการเปลี่ยนแปลงสมดุลน้ำอาจทำให้ภัยน้ำท่วมและภัยแล้งมีความรุนแรงมากขึ้น เรื่องเร่งด่วนที่ต้องดำเนินการสำหรับเผชิญความเสี่ยงจากสภาพภูมิอากาศทั้งปัจจุบันและอนาคต ได้แก่ การเพิ่มการเตรียมความพร้อม การกำหนดมาตรการการป้องกันและบรรเทาภัย รวมถึงการหาแนวทางการปรับตัว
Climate change impact on water balance at basin scale was evaluated in Northeast Thailand (Lam Siao basin, with drainage area of 4,400 km²) u sing SWAT+ model . The daily projected 30-year (2021–2050) climate datasets (rainfall, minimum and maximum temperature) were selected from the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP): 2 scenarios from the 5th phase (CMIP5-RCP4.5, CMIP5-RCP8.5) and CMIP6-SSP5-8.5 scenario from the 6th phase. In total, 9 datasets were compiled (3 GCMs for each scenario). Water balance components (evapotranspiration (ET), runoff, percolation) were analyzed and compared with those from the baseline climate period (1981–2010) by scenario groups combined using the multi-model ensemble technique. The projected climate datasets revealed that mean temperature and annual rainfall increased. Temperature rises in dry season (November–April) were higher than those in rainy season (May-October), whereas rainfall increased in rainy season with considerable amount in mid-season (June–August) and arbitrary changes at the beginning and the end of seasons. Datasets from the CMIP5 (RCP4.5 and RCP8.5) showed more increasing rainfall than those from the CMIP6-SSP5-8.5. The water balance analysis using SWAT+ indicated runoff and percolation increases but ET reduction. Runoff and percolation change patterns agreed with the rainfall changes—higher increases in rainy season and slightly decrease in dry season. The remarkable ET reduction in dry season was due to more soil moisture deficit. Consequently, the changes in water balance components would exacerbate flood and drought hazards. To confront the present and future climate-related risks, it is urgently required to improve preparedness efforts, to establish prevention and mitigation measures and to develop adaptation solutions.Keywords: Climate change, water balance, Lam Sioa basin, SWAT+
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย
Thai Socities of Agricultural Engineering
References
Alehu B.A., Bitana S.G. 2023. Assessment of climate change impact on water balance of Lake Hawassa catchment. Environmental Processes 10(1).
Arnold, J.G., Bieger, K., White, J.M., Srinivasan, R., Dunbar, A.J., Allen, M.P. 2018. Use of decision tables to simulate management in SWAT+. Water, 10(6).
Arnold, J.G., Srinivasan, R., Muttiah, R.S., Williams, J.R. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment part I: Model development. Journal of the American Water Resources Association 34(1), 73- 89.
Bailey, R. T., Park, S., Bieger, K., Arnold, J. G., Allen, P. M. 2020. Enhancing SWAT+ simulation of groundwater flow and groundwater-surface water interactions using MODFLOW routines. Environmental Modelling & Software 126, 104660.
Bieger, K., Arnold, J. G., Rathjens, H., White, M. J., Bosch, D. D., Allen, P. M., Volk, M., Srinivasan, R. 2017. Introduction to SWAT+, a completely restructured version of the soil and water assessment tool. JAWRA Journal of the American Water Resources Association 53(1), 115-130.
Chuenchooklin, S. 2018. Hydrological study using SWAT and global weather, a case study in the Huai Khun Kaeo watershed in Thailand. International Journal of Environmental Protection and Policy 6(2), 36-41.
Dile, Y. T., Srinivasan, R. 2014. Evaluation of CFSR climate data for hydrologic prediction in data-scarce watersheds: an application in the Blue Nile River Basin. JAWRA Journal of the American Water Resources Association 50(5), 1226-1241.
Gupta, H. V., Sorooshian, S., Yapo Patrice, O. 1999. Status of automatic calibration for hydrologic models: Comparison with multilevel expert calibration. Journal of Hydrologic Engineering 4(2), 135-143.
IPCC. 2014. Climate change 2014: Synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland: The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
Kakarndee, I., Kositsakulchai, E. 2019. Estimation of streamflow with incomplete soil dataset in Krasioa basin using soil-landscape evaluation approach and SWAT model. Applied Environmental Research 41(3), 1-13.
Kakarndee, I., Kositsakulchai, E. 2020. Comparison between SWAT and SWAT+ for simulating streamflow in a paddy field dominated basin, northeast Thailand. E3S Web of Conferences 187, 06002.
Khadka, D., Babel, M. S., Abatan, A. A., Collins, M. 2021a. An evaluation of CMIP5 and CMIP6 climate models in simulating summer rainfall in the Southeast Asian monsoon domain. International Journal of Climatology 42(2), 1181-1202.
Khadka, D., Babel, M. S., Collins, M., Shrestha, S., Virdis, S. G. P., Chen, A. S. 2021b. Projected changes in the near‐future mean climate and extreme climate events in northeast Thailand. International Journal of Climatology 42(4), 2470-2492.
Kositsakulchai, E., Phankamolsil, Y., Yodjaroen, S. 2021. Future runoff projections based on land change using integrated Markov-Cellular Automata model and Soil Water Assessment Tool in Lam Pachi Basin, Thailand. Agriculture and Natural Resources 55(5), 807-816.
Kriegler, E., Bauer, N., Popp, A., Humpenöder, F., Leimbach, M., Strefler, J., Baumstark, L., Bodirsky, B. L., Hilaire, J., Klein, D., Mouratiadou, I., Weindl, I., Bertram, C., Dietrich, J.-P., Luderer, G., Pehl, M., Pietzcker, R., Piontek, F., Lotze-Campen, H., Biewald, A., Bonsch, M., Giannousakis, A., Kreidenweis, U., Müller, C., Rolinski, S., Schultes, A., Schwanitz, J., Stevanovic, M., Calvin, K., Emmerling, J., Fujimori, S., Edenhofer, O. 2017. Fossil-fueled development (SSP5): An energy and resource intensive scenario for the 21st century. Global Environmental Change 42, 297-315.
Kumar, J. 2019. Review of literature of climate change on GCM, RCM, RCP scenarios. International Journal of Applied Research 5(4), 139-141.
Leta O.T., El-Kadi A.I., Dulai H., Ghazal K.A. 2016. Assessment of climate change impacts on water balance components of Heeia watershed in Hawaii. Journal of Hydrology: Regional Studies 8, 182-197.
Liu J., Xue B., A Y., Sun W., Guo Q. 2020. Water balance changes in response to climate change in the upper Hailar River Basin, China. Hydrology Research 51(5), 1023-1035.
Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., Veith, T. L. 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE 50(3), 885-900.
Nash, J. E., Sutcliffe, J. V. 1970. River flow forecasting through conceptual model part I—A discussion of principles. Journal of Hydrology 10(3), 282-290.
Neitsch, S., Arnold, J., Kiniry, J., Williams, J., King, K. 2005. Soil and Water Assessment Tool. Theoretical Documentation Version 2005. Temple, Texas: Texas A&M University.
Pielke, R., Burgess, M. G., Ritchie, J. 2022. Plausible 2005- 2050 emissions scenarios project between 2°C and 3°C of warming by 2100. Environmental Research Letters 17, 024027.
Phimchaisai N., Kositsakulchai E. 2020. Evaluation of SWAT model in water balance simulation of paddy field in the Greater Mae Klong Irrigation Project. In: Proceeding of the 13th TSAE International Conference & the 21st TSAE National Conference, July 30-31, 2017, Nakhon Ratchasima, Thailand. (in Thai)
Riahi, K., Rao, S., Krey, V., Cho, C., Chirkov, V., Fischer, G., Kindermann, G., Nakicenovic, N., Rafaj, P. 2011. RCP 8.5—A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. Climatic Change 109(1-2), 33-57.
Supharatid, S., Nafung, J., Aribarg, T. 2022. Projected changes in temperature and precipitation over mainland Southeast Asia by CMIP6 models. Journal of Water and Climate Change 13(1), 337-356.
Thomson, A. M., Calvin, K. V., Smith, S. J., Kyle, G. P., Volke, A., Patel, P., Delgado-Arias, S., Bond-Lamberty, B., Wise, M. A., Clarke, L. E., Edmonds, J. A. 2011. RCP4.5: a pathway for stabilization of radiative forcing by 2100. Climatic Change 109(1-2), 77-94.
Tingsanchali, T., Babel, M. S., Shrestha, S. 2022. Enhancing resilience to future hydrometeorological extremes in the Mun River Basin in Northeast of Thailand (ENRICH). Bangkok, Thailand: Thailand Science Research and Innovation and National Research Council of Thailand.
Williams, J. R., Arnold, J. G., Kiniry, J. R., Gassman, P. W., Green, C. H. 2010. History of model development at Temple, Texas. Hydrological Sciences Journal 53(5), 948-960.
Wu, H., Levinson, D. 2021. The ensemble approach to forecasting: A review and synthesis. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 132, 103357.