بخشی از مقاله
چکیده
برای بررسی تاثیر احتمالی تغییرات اقلیمی بر منابع آب و مدیریت هرچه بهتر این منابع، ضرورت دارد بیلان آبی در حوضهها مورد بررسی قرار گیرد. یکی از سادهترین روشهای سنجش بیلان آبی، بررسی وضعیت آورد رودخانهها و تلاش در تعیین وجود روند در آنها میباشد.
در این تحقیق روند تغییرات آبدهی رودخانههای منتخب استان گلستان با استفاده از آزمونهای من-کندال، تحلیل رگرسیون و نقطه عطف مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. بدین منظور از دادههای دبی 5 ایستگاه آبسنجی شامل سدگلستان، بصیرآباد، تمر، تنگراه و قزاقلی طی دوره زمانی 1368 تا 1387 استفاده شد.
نتایج این تحقیق نشان داد که مقادیر دبی سالانه در دو دهه اخیر در همه ایستگاهها دارای روند نزولی بوده است. همچنین تجزیه و تحلیل صورت گرفته توسط آزمونهای آماری مذکور روی دبیهای فصلی نشان میدهد که در طی این دوره، مقادیر دبی در فصول بهار، پاییز و زمستان کاهش یافته است در حالی که در فصل تابستان بر مقدار آن افزوده شده است.
مقدمه
رودخانهها از مهمترین منابع تامین آب شیرین میباشند. در سالهای اخیر بر اثر پدیده گرمایش زمین، تغییرات آب و هوایی، توسعه مناطق شهری و روستایی، تبدیل اراضی و بهرهبرداری بیش از حد از منابع طبیعی شاهد تغییر در الگوی آبدهی رودخانهها هستیم. مطالعه و بررسی این تغییرات یکی از ملزومات مدیریت منابع آب حوضههای آبریز و برنامهریزی جهت استفاده بهینه از آنها میباشد.
یکی از روشهای متداول جهت تحلیل نوسانات سریهای زمانی هیدرولوژیکی، بررسی وجود یا عدم وجود روند در آنها با استفاده از آزمونهای آماری میباشد. تاکنون روشهای آماری متعددی جهت تحلیل روند سریهای زمانی ارائه گردیدهاند که این روشها به دو دسته کلی روشهای پارامتری و ناپارامتری قابل تقسیمبندی میباشند.
مبنای کلیه این روشهای آماری مطرح نمودن دو فرضیه صفر - - H0 و یک - - H1 و آزمون نمودن آنها بر اساس تکنیکهایی خاص و در نهایت پذیرش یکی از دو فرضیه فوق میباشد. پذیرفته شدن فرض صفر به معنی عدم وجود روند و پذیرش فرض یک به منزله وجود روند معنیدار در سری دادهها میباشد. روشهای پارامتری که جهت تحلیل روند سریهای زمانی بکار گرفته میشوند
عمدتاً بر اساس رابطه رگرسیونی بین سری دادهها با زمان استوار میباشند. لذا یکی از پیشفرضهای لازم جهت استفاده از روشهای پارامتری این است که سری زمانی مورد نظر جهت تحلیل روند بایستی تابع یک توزیع خاص آماری باشد. بنابراین در مورد سریهایی که توزیع آماری خاصی بر آنها قابل برازش نیست روشهای پارامتری با نوعی محدودیت مواجه میباشند اما در روشهای ناپارامتری اساس کار بر تفاوت بین دادههای مشاهداتی استوار است به گونهای که این روشها مستقل از توزیع آماری سری زمانی بوده خصوصاً برای سریهایی که چولگی یا کشیدگی زیادی دارند مناسبتر از روشهای پارامتری می-باشند.
در این تحقیق روند تغییرات آبدهی در پنج ایستگاه آبسنجی واقع در استان گلستان به روشهای پارامتری و ناپارامتری شامل تحلیل رگرسیون، من-کندال و نقطه عطف مورد بررسی قرار گرفته است.
پیشینه تحقیق
مطالعات زیادی در سطح جهان در رابطه با تحلیل روند سریهای زمانی تغییرات آبدهی رودخانهها صورت گرفته است. لتنمایر و همکاران - - 1994 روند تغییرات بلند مدت بارش، دما و جریان را در قاره امریکا با آزمون من-کندال مورد بررسی قرار دادند. آنها همچنین با استفاده از مجموعه دادههای 1009 ایستگاه هیدرومتری و 1036 ایستگاه هواشناسی، خصوصیات فصلی و مکانی متغیرهای اقلیمی را مورد مطالعه قرار دادند.
نتایج تحقیق آنها حاکی از روند افزایشی بارش در فصل پاییز در یک چهارم کل ایستگاههای واقع در مرکز قاره آمریکا میباشد. زانگ و همکاران - - 2001 با استفاده از آزمون من -کندال روند تغییرات 11 متغیر هیدروکلیماتولوژی را در 243 ایستگاه هیدرومتری واقع در کانادا با طول آمار 30 تا 50 سال مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که میانگین سالانه جریان رودخانهها در اغلب ایستگاههای کانادا بخصوص در مناطق جنوبی این کشور از روندی نزولی پیروی میکند. کایا و کالاچی - - 2004 با استفاده از آزمون ناپارامتری من -کندال روند جریان-های ماهانه 26 حوضه آبریز واقع در ترکیه را در یک دوره آماری 30 ساله مورد بررسی قرار دادند.
نتایج مطالعات آنها نشان داد که بطور کلی دبی آب رودخانههای واقع در غرب ترکیه از روندی کاهشی پیروی میکند در حالی که روند معنیداری در دبی آب رودخانههای واقع در شرق ترکیه وجود ندارد. اسونسون و همکاران - - 2005 در مطالعه خود به بررسی تغییرات دادههای مشاهدهای جریان رودخانه، با دوره آماری بالای 100سال، در 21 ایستگاه در اروپا و شمال آمریکا پرداختند.
در این تحقیق، روند تغییرات با استفاده از آزمون آماری من-کندال و رگرسیون خطی تعیین شد و نتایج آن بیان داشت که به طور کلی هیچ الگوی افزایش یا کاهشی در تعداد یا مقدار جریانها وجود ندارد اما افزایش معنیداری در نیمی از سریهای کمینه جریان تعیین شد. هانفورد و مارش - - 2005 روند رواناب و جریانهای کم را طی یک دوره چهل ساله با استفاده از یک شبکه از آبریزهای بکر بریتانیا مورد مطالعه قرار دادند.
بر اساس نتایج تحقیق آنها، رواناب حوضههای اسکاتلند و مناطق غربی انگلستان و ولز که در نزدیکی دریا قرار دارند دارای روند مثبت و جریانهای کم فاقد روند قابل توجه و در بعضی موارد دارای روند منفی غیر معنیدار در بعضی حوضههای شرقی بوده است که نشان دهنده تسلط جریانات آب و هوایی در گذشته در پیوستگی با افزایش نوسانات اطلس شمالی میباشد. مکبین و موتی - - 2006 با بررسی روند دما، بارش و جریان در حوضه دریاچههای شمال آمریکا نشان دادند که در طی شش دهه گذشته بیشتر این متغیرها روند افزایشی معنیداری داشتهاند. جیانگ و همکاران - - 2007 با استفاده از آزمون ناپارامتری من-کندال روند تغییرات مکانی -زمانی بارش و جریان را در 146 ایستگاه هواشناسی و 3 ایستگاه آبسنجی حوضه آبریز رودخانه یانگ تسه واقع در چین در خلال سالهای 1961 تا 2000 بررسی کردند.
نتایج نشان داد که بارش در بیشتر ایستگاههای هواشناسی به ویژه در فصل تابستان از روندی صعودی پیروی میکند که روند مذکور ناشی از وجود روند افزایشی در فراوانی رگبارهای تابستانی در منطقه میباشد. همچنین بررسیهای آنها نشان داد که رواناب مناطق مرکزی و پاییندست حوضه از روندی صعودی پیروی میکند. آنها علت روند صعودی سریهای بلندمدت رواناب را به تغییرات بارشی منطقه نسبت دادند.
مطالعه تادسون - - 2007 بر روی اثرات تغییر اقلیم بر جریان رودخانه-های دانمارک طی سالهای 1961 تا 1990 نشان داد که مقادیر دبی رودخانهها از ماه دسامبر تا آگوست کاهش و در ماههای سپتامبر و اکتبر افزایش یافته است. ژئودانگ و همکاران - - 2007 روند تغییرات دبی در حوضه آبریز رودخانه لهاسا را در چین در طی سالهای 1956 تا 2003 با استفاده از آزمون من-کندال بررسی نمودند. نتایج تحقیق آنها نشان میدهد که دبی متوسط سالانه در این دوره دارای یک روند مثبت و دو نقطه جهش میباشد که این روند دبی با روند تغییرات آب و هوا سازگار می-باشد.
در ایران نیز مطالعات مشابهی در خصوص روند تغییرات آبدهی رودخانهها انجام شده است که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
مساعدی و شریفان - - 1382 در بررسی خود در حوضه آبریز گرگانرود نشان دادند که تغییرات آبدهی اکثر ایستگاههای مورد مطالعه ناشی از تغییر در مقدار بارندگی و حتی نوع بارش میباشد که در اثر تغییر اقلیم در شرایط اقلیمی منطقه به وقوع پیوسته است.
معروفی - - 1382 در مطالعه خود به مقایسه دادههای بارندگی و جریان رودخانهای به منظور بررسی خشکسالی منطقهای در تعدادی از حوضههای آبریز منطقه غرب کشور پرداخته است. در این رابطه از دادههای روزانه 43 ایستگاه باران سنجی و 35 ایستگاه آبسنجی که طول دوره آماری آنها بین 15 تا 45 سال بود، استفاده گردید. نتایج بیانگر آن است که میانگین تغییرات فصلی بارندگی مناطق مختلف 44 درصد با دامنه 32 تا 171 درصد بوده است. در صورتی که میزان متوسط تغییرات فصلی جریان آبراههایی 163درصد با دامنه 150 تا 207 درصد بود که نشان میدهد یک تأخیر زمانی بین توزیع فصلی بارندگی و جریان آبراههای در بین ایستگاههای مورد نظر وجود دارد که نوع رژیم آبدهی منطقه را نشان میدهد.
مساح و مرید - - 1384 آثار ناشی از تغییر اقلیم بر روی دما، بارندگی و رواناب در حوضه آبریز زایندهرود را تحت دو سناریوی اقلیمی برای دو دوره 2039-2010 و 2099-2070 میلادی مورد بررسی قرار دادند و اثر این تغییرات را بر جریان ورودی به سد چادگان مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند که نتایج کار آنها حاکی از کاهش جریان تا 5/8 درصد و افزایش ضریب تغییرات جریان تا 3 برابر بوده است.
حسینزاده طلایی و همکاران - - 1388 به مقایسه روشهای پارامتری و ناپارامتری در بررسی روند تغییرات ماهانه، فصلی و سالانه دبی رودخانه و بارندگی حوضه آبریز گاماسیاب پرداختند و نشان دادند که به طور کلی، نتایج آزمونهای پارامتری و ناپارامتری در تعیین روند سریهای زمانی دبی مطابقت مناسبی با یکدیگر داشته است در حالی که نتایج این آزمونها در تعیین روند دادههای بارندگی تا اندازهای متفاوت بوده است.
میرعباسی و دینپژوه - - 1389 با استفاده از آزمون من-کندال روند جریانات رودخانههای شمال غرب ایران را در خلال سالهای 1353 تا 1383 در مقیاس ماهانه، فصلی و سالانه مورد بررسی قرار دادند. نتایج این تحقیق نشان داد که روند جریانات اغلب رودخانههای این منطقه در هر سه مقیاس زمانی مذکور نزولی میباشد. شعبانی و همکاران - - 1389 به آشکارسازی روند تغییرات دبی و ارتباط آن با پارامترهای هواشناسی در حوضه زهره کهگیلویه و بویراحمد پرداختند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که دادههای دبی که همبستگی زیادی با پارامتر بارش دارا میباشد، دارای نوسان و جهش است و مانند بارش روند معنیداری در آن دیده نمیشود.
اکبری و همکاران - - 1389 اثرات تغییر اقلیم را بر منابع آب سطحی حوضه آبریز کرخه استان لرستان مورد پایش قرار دادند. آنها به کمک آزمونهای آماری دادههای دبی 16 ایستگاه هیدرومتری حوضه مذکور را طی دوره زمانی 1358 تا 1388 مورد ارزیابی قرار دادند و اظهار داشتند که دبی سالانه در همه ایستگاههای مورد مطالعه دارای روند نزولی بوده است.
مساعدی و کوهستانی - - 1389 به تحلیل روند تغییرات دبی رودخانههای استان گلستان با استفاده از چهار روش آماری پرداختند که نتایج تحقیق آنها نشان داد که در اکثر ایستگاههای مورد مطالعه هر چهار روش نتایج مشابهی را دادند اگرچه در بعضی از ایستگاهها نتایج آنها متفاوت بود. روحانی و همکاران - - 1389 روند و شیب تغییرات دبی متوسط سالانه رودخانه ایستگاههای منتخب حوضه آبریز گرگانرود را در یک بازه زمانی 36 ساله مورد بررسی قرار دادند. نتایج این تحقیق نشان داد که در ایستگاههای مورد مطالعه هم روند صعودی و هم روند نزولی وجود دارد.
عبداللهی و همکاران - - 1390 به بررسی روند تغییرات آبدهی رودخانه خرسان واقع در استان خوزستان با استفاده از آزمون من-کندال و تحلیل رگرسیون پرداختند و اظهار داشتند که جریانات این رودخانه در مقیاس ماهانه و سالانه دارای روندی صعودی میباشد.
عبقری و همکاران - - 1390 با استفاده از آزمون-های من-کندال و تخمین شیب سن گرایش و شدت تغییر دبی متوسط سالانه 10 ایستگاه هیدرومتری را در استان مازندران مورد بررسی قرار دادند و اعلام داشتند از بین ایستگاههای مورد مطالعه روند تغییرات دبی در 5 ایستگاه معنیدار بوده و در سایر ایستگاهها روند مشخصی مشاهده نشد.
پورهاشم و همکاران - - 1390 با استفاده از تحلیلهای آماری به بررسی روند تغییرات بارش و دبی حوضه آبریز زایندهرود پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که به غیر از فصل بهار، در بقیه فصول روند معنیداری برای بارش وجود ندارد. همچنین روند تغییرات دبی در همه ماهها نزولی بوده است. در تحقیق حاضر روند تغییرات دبی در پنج ایستگاه آبسنجی واقع در استان گلستان با استفاده از آزمونهای من-کندال، تحلیل رگرسیون و نقطه عطف مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت.
