بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روش های متداول جهت تحلیل سریهای زمانی هیدرولوژی بررسی وجود یا عدم وجود روند در آنها با استفاده از آزمونهای آماری میباشد. کاربرد روش های آماری در تشریح تغییرات ابزاری مفید و کارآمد به شمار میآیند.که در این مطالعه با استفاده از آزمون رتبه ای منکندال تغییرات داده ها شناسایی شد هدف این تحقیق بررسی روند تغییرات رودخانههای حوضه سد گلستان میباشد. محاسبات و تحلیلها بر روی میانگین ماهانه، فصلی و سالانه دبی جریان و بارندگی دریک مقطع زمانی 36 ساله بین سال های 1389-1354 که شامل رودخانه های گرگان رود،گالیکش و تنگراه میباشد انجام گردید. نتایج تحقیق نشان میدهد که رودخانه گالیکش بیشترین کاهش روند سالانه را دربین رودخانههای حوضه سد گلستان داشته است و همچنین در فصول بهار و تابستان بیشترین کاهش روند برای رودخانههای گالیکش و تنگراه مشاهده گردید.
مقدمه
مدیریت منابع آب امری پیچیده است. با توجه به محدود و ثابت بودن منابع آب نحوه مدیریت برای بالا بردن راندمان استفاده از منابع آب بسیار مهم میباشد. رودخانهها از مهمترین منابع آب شیرین میباشد. دانشمندان معتقدند که دخالت بشر در ترکیب گازهای گلخانهای اتمسفر به علت تغییر در غلضت گازهای گلخانهای ناشی از مصرف سوختهای فسیلی منجر به افزایش میانگین دمای هوای اطراف کره زمین شده است. افزایش دمای هوا میتواند منجر به تغییرات در روند برخی از مولفههای هیدرولوژیکی از جمله بارش و جریان آبراههای در نقاط مختلف جهان شود.
به همین دلیل در دهههای اخیر مطالعات زیادی در رابطه با روند تغییرات متغیرهای مختلف هواشناسی و هیدرولوژیکی انجام شده است - 13,14,15,17 - .روشهای ناپارامتری برای بررسی وجود روند در سریهای هیدرولوژیکی استفاده میشوند. شاید دلیل اصلی این است که آزمونهای ناپارامتری برای سری دادههایی که توزیع آماری آنها نرمال نیست و یا دارای دادههایی که بریده شده باشند, مناسبتر هستند. آزمون من-کندال - . - MK یکی از پرکاربردترین روشهای ناپارامتری برای تحلیل روند دادههاست. - من - - 16 و کندال - . - - 12 آزمون MK را در سالهای اخیر، بسیاری از محققین از بین آزمونهای ناپارامتری مختلف به عنوان بهترین گزینه برای بررسی وجود روند یکنواخت دادهها استفاده نموده اند.
برای مثال، میتوان در این زمینه کارهای لتنمایر و همکاران - - 15، پارتال و کایا - - 17، کومار و همکاران - - 14، خلیق و همکاران - - 13، کایا و کایجی - - 11 اشاره کرد. زانگ و همکاران - - 19، روند تغییرات 11 متغیر هیدروکلیماتولوژی را در 243 ایستگاه هیدرومتری را در حوزههای کانادا با طول دوره آماری 30 تا 50 سال با آزمون MK پس از حذف اثر خود همبستگی دادهها مورد بررسی قرار دادند و نتایج آنها نشان داد که میانگین سالانه جریان رودخانهها در منطقه مورد مطالعه بخصوص مناطق جنوبی کانادا دارای روند منفی معنیدار است. کایا و کالایجی - - 11، روند جریانهای ماهانه 26 ایستگاه در ترکیه را در یک دوره 31 ساله با استفاده از آزمون MK مورد بررسی قرار داد، نتایج آنها نشان داد که بطور کلی دبی آب رودخانههای حوزههای واقع در غرب ترکیه روند کاهشی در سطح معنی داری 5درصد داشتند. در حالی که حوزههای واقع در شرق ترکیه فاقد روند معنی دار بودند.
جیانگ و همکاران - - 9، روند زمانی ومکانی دادههای بارش روزانه 147 ایستگاه بارانسنجی را در دوره 1961-2000 و دادههای دبی ماهانه ایستگاههای واقع در حوزه رودخانه یانگ تسه در چین را مورد بررسی قرار دادند. آنها برای این منظور از روش MK و رگرسیون ساده استفاده کردند. کومار و همکاران - - 14، جریاتهای کم و میانگین رواناب روزانه 31 ایستگاه هیدرومتری واقع در ایالات ایندیانا را مطالعه کردند، آنها اشاره کردند که حذف اثر خودهمبستگی بطور معنیداری تعداد ایستگاههایی با روند معنی دار را در مقایسه با آزمون روند بدون حذف اثر خود همبستگی کاهش داده است.
ژئودانگ و همکاران - 2007 - ، روند تغییرات دبی در حوزه آبخیز رودخانه لهاسا را در چین در طی سالهای 1956 تا 2003 با استفاده از آزمون MK بررسی کردند که نتایج نشان میدهد دبی متوسط سالانه در این دوره دارای یک روند مثبت و دو نقطه جهش میباشد که این روند با روند تغییرات آب و هوا سازگار میباشد. یانجون و همکاران در تحقیقی در سال 2005 روند تبخیر وتعرق بالادست حوزه آبخیز در رودخانه چین را در دوره زمانی 1961 تا 2000 بررسی کردند که نتایج بدست آمده نشان داد که روندهای منفی معنی دار تبخیر و تعرق در این حوزه بویژه در فصل تابستان آشکار شده است که با وجود افزایش دما در این ناحیه کاهش معنی دار تابش و سرعت باد روی حوزه باعث کاهش تبخیر و تعرق شده است.
کتیرایی و ایران نژاد - 1385 - ، تغییرات فراوانی و شدت بارش روزانه در روند بارش در ایران را در 138 ایستگاه طی دوره 1960 تا 2001 مورد مطالعه قرار دادند که برای بررسی روند از آزمون MK و برای برآورد اندازه روند از روش خطی حداقل مربعات استفاده کردند، نتایج نشان داد که بارش سالانه اغلب ایستگاههای واقع در منطقه غرب و شمالغرب دارای روند منفی و بیشتر ایستگاه های واقع در نواحی جنوبی و مرکزی دارای روند مثبت میباشد، تغییر نوع و ر وند بارش در شهر زنجان را طی یک دوره زمانی مورد بررسی قرار دادند که نتایج آن نشان میدهد بارش بطور کلی تغییر نداشته ولی تعداد روزهای همراه با بارش روند مثبتی داشته و همچنین میزان برف دارای روند مثبت بوده که با توجه به عدم تغییر میزان کل بارش بیانگر ان است که بارش باران دارای روند منفی بوده است.در سال 1387 شیخ وبابایی دروند تغییرات رژیم بارش حوزه آبریز گرگانرود را طی دوره زمانی 1353 تا 1383 را با استفاده از دادههای بارندگی 7 ایستگاه باران سنجی و آزمون رگرسیون خطی و من- کندال بررسی کردند. هدف این مطالعه بررسی روند جریان آب رودخانهها در مقیاس ماهانه، فصلی و سالانه در برخی از رودخانههای منتخب استان گلستان با روش ناپارامتریک MK است.
مواد و روش
منطقه مورد مطالعه
حوزه آبریز سد گلستان با مساحت 4802 کیلومتر مربع بین عرضهایً30َ36 57 تاً37َ37 46 شمالی و طولهایً59َ55 13 تاً00 َ56 28 شرقی در استان گلستان واقع شده است. حوزه سد گلستان از سه زیر حوزه اصلی مادرسو - دوغ - ، حاجی قوشان و اوغان واقع میشود به نحوی که رودخانههای اصلی این سه زیرحوزه قبل از ورود به سد گلستان به هم میپیوندند.
روش من کندال
برای بررسی روند متغیر های آب از آزمون ناپارامتری من- کندال که توسط سازمان هواشناسی جهانی برای تجزیه و تحلیل روند سری های هیدرومتئولوژی توصیه می گردد استفاده شد - میشل و همکاران - 1966 آزمون من کندال در سطح اظمینان 5 درصد انجام می گیرد. تمامی تحلیلها با توجه به نمودارهای حاصل از آماره U - ti - و - U' - ti انجام میشود. در نقطه شروع دو نمودار همدیگر را قطع نموده زمانیکهU - ti - > 1/96 یاU' - ti - < -1/96 گردد، روند موجود در سریها معنی دار است.
یعنی U - ti - > 1/96 روند افزایشی است. در صورتی که نمودارهای U - ti و U' - ti - بین دامنه تغییرات -1/96 و 1/96 قرار گیرند، بدون روند می باشد. که برای محاسبه U - ti - و U' - ti - به این ترتیب است که ابتدا داده ها را براساس سال با رتبه - yi - مرتب شده در مرحله بعد رتبه کوچکتری هر داده - ti - محاسبه میشود. رتبه کوچکتری هر داده عبارت است از تعداد آن دادهها - ni - قبل از داده مورد نظر - yi - که از آن کوچکتر هستند.
شاخص استاندارد شده - - SPI
شاخص بارندگی استاندارد شده شاخصی است که بر اساس احتمال بارش برای مقیاسهای زمانی متفاوت به کار می رود که توسط McKee وهمکاران - 1993 - توسعه داده شده است. مقادیرمثبت نشان دهنده بارندگی بیشتر از بارش متوسط ومقادیر منفی آن معنای عکس را دارد. خشکسالی زمانی اتفاق می افتاد که SPI به طور مستمر منفی و به کمتر از -1 برسد و هنگامی پایان می یابد که مثبت شود. برای محاسبه SPI از مقیاس های 3، 12،6 و 24 ماهه بارش استفاده می شود. در این مطالعه از مقیاس 12ماهه برای بررسی وضعیت خشکسالی استفاده شد.
