تحلیل روند تغییرات جریان در رودخانه‏های سراب کرخه: شواهدی از آثار تغییر اقلیم بر سیستم‏های منابع آب

اوسطی, خالد; سلاجقه, علی; مهدوی, محمد; کوئنیگر, پاول; چپی, کامران; ملکیان, آرش

doi:10.22059/jrwm.2015.56344

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار دانشکدة منابع طبیعی دانشگاه کردستان

² استاد دانشکدة منابع طبیعی دانشگاه تهران

³ استادیار مؤسسة علوم زمین و منابع طبیعی (BGR) ژئوسنتروم هانوفر، آلمان

⁴ دانشیار دانشکدة منابع طبیعی دانشگاه تهران

https://doi.org/10.22059/jrwm.2015.56344

چکیده

با جدی‏ترشدن مسئلة تغییر اقلیم و آثار احتمالی آن بر سیستم‌های منابع آب، طراحی و اجرای برنامه‏های مدیریتی، با فرض شرایط هیدرولوژیکی ثابت، می‏تواند مدیریت و برنامه‏ریزی را با چالش جدی در پیش‏بینی دقیق نیازهای آتی روبه‌رو کند. بر این اساس، در مطالعة حاضر تلاش شده است روند تغییرات متغیرهای هیدرواقلیمی در ایستگاه‏هایی با آمار طولانی‌مدت در سراب کرخه، با استفاده از روش «من- کندال اصلاح‌شده برای اثر خودهمبستگی»، سری‏های روزانة دما، بارش و دبی بررسی شود. بیشتر متغیرهای دما روند افزایشی داشت و نتایج بررسیِ بارش نیز دارای تفاوت‏های مکانی بود. به طور کلی، روند کاهشی برای جریان در منطقه مشاهده شد و این تغییرات در جریان‏های پایه شدیدتر بود. روند کاهشی میانة دبی سالانه در ایستگاه‏ هولیلان در سطح ده درصد معنی‏دار شد. بارش سالانه، تعداد روزهای بارانی و تعداد روزهایِ با بارشِ بیش از 10 میلی‏متر همبستگیِ معنی‏دارِ بیشتری با متغیرهای جریان نشان دادند. بررسی روابط دبی ماهانه با متغیرهای بارش و دما در ایستگاه‏های مورد بررسی نشان‌دهندة تأخیرِ واکنش سیستم به ورودی‏هاست؛ این موضوع می‏تواند به تأخیرِ ذوب برف یا عبور جریان از مسیرهای آبی دیگر، مانند آب زیرزمینی، مربوط باشد. بخشی از تغییراتِ متغیرهای جریان، به‌ویژه در دبی‏های پایه، کاملاً با بارش توجیه نمی‏شود و می‏تواند از تغییرات دما یا عواملی مانند افزایش بهره‏برداری از آب زیرزمینی متأثر باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Trend analysis of streamflow in Karkheh Rivers upstream: An evidence for climate change impacts on water resources systems

نویسندگان [English]

Khaled Osati ¹
Ali Salajegheh ²
Mohammad Mahdavi ²
Paul Koeniger ³
Kamran Chapi ¹
Arash Malekian ⁴

¹ Assistant professor, University of Kurdistan

² Professor, Faculty of Natural Resources, University of Teheran

³ Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Geozentrum Hannover, Germany.

⁴ Associate professor, Faculty of Natural Resources, University of Teheran

چکیده [English]

Within the climate change debate and its probable impacts on water resources systems, design and operation of management plans based on the assumption of stationary hydrology may cause serious challenge to accurately predict future supplies. Therefore this case study is trying to assess trend in hydroclimatic variables of Karkheh Rivers upstream by applying modified Mann-Kendall trend test on long term daily time series of temperature, precipitation and discharge. Temperature variables are mostly showing meaningful increasing trends but observed changes in assessed stations were not spatially uniform for precipitation. Streamflow variables depict a decreasing trend, though more noticeable in base flows. Decreasing trend is meaningful for annual discharge median in Holailan at 90% confidence level. Total yearly precipitation, number of precipitation days and number of days with precipitation equal to, or greater than, 10 mm/d show the most correlation with stream flow variables. Comparing monthly discharge with temperature and precipitation variables in the studied gages indicates a time-delay in system response to inputs. This may related to snowmelt contributions or contributions of water into streams after passing through different hydrological pathways such as groundwater. Some parts of streamflow changes, especially about base flows, is not completely verified by precipitation changes and can be attributed to changes in temperature or another factors such as groundwater overexploitation.

کلیدواژه‌ها [English]

Modified Mann- Kendall
Karkheh
Autocorrelation
time series
climate change

مراجع

[1] Aguado, E., Cayan, D., Riddle, L. and Roose, M. (1992). Climatic fluctuations and the timing of West Coast streamflow, Journal of Climate, 5, 1468-1483.

[2] Alijani, B. (2002). Variations of 500 hPa flow patterns over Iran and surrounding areas and their relationship with the climate of Iran, Theoretical and Applied Climatology, 72, 41-54.

[3] Alijani, B., Ghohroudi, M. and Arabi, N. (2008). Developing a climate model for Iran using GIS, Theoretical and Applied Climatology, 92, 103-112.

[4] Aziz, O.I.A. and Burn, D.H. (2006). Trends and variability in the hydrological regime of the Mackenzie River Basin, Journal of Hydrology, 319(1-4), 282-294.

[5] Birsan, M.V., Molnar, P., Burlando, P. and Pfaundler, M. (2005). Streamﬂow trends in Switzerland, Journal of Hydrology, 314(1-4), 312-329.

[6] Burn, D.H. and Hag Elnur, M.A. (2002). Detection Of Hydrologic Trends and Variability, Journal of Hydrology, 255, 107 -122.

[7] Chen, H., Guo, Sh., Xu, Ch. and Singh, V.P. (2007). Historical temporal trends of hydro-climatic variables and runoff response to climate variability and their relevance in water resource management in the Hanjiang basin, Journal of Hydrology, 344, 171-184.

[8] Chen, Y.N., Takeuchi, K., Xu, C.C., Chen, Y.P. and Xu, Z.X. (2006). Regional climate change and its effects on river runoff in the Tarim Basin, China, Hydrological Processes, 20, 2207-2216.

[9] CPWF. (2003). Karkheh River Basin: Protecting dry land under environmental siege, Karkheh Basin Brochure, Challenge Program on Water and Food (CPWF), http://www.waterandfood.org/

[10] Dinpashoh, Y., Fakheri-Fard, A., Moghaddam, M., Jahanbakhsh, S. and Mirnia, M. (2004). Selection of variables for the purpose of regionalization of Iran’s precipitation climate using multivariate methods, Journal of Hydrology, 297, 109-123.

[11] Dixon, H., Lawler, D.M. and Shamseldin, A.Y. (2006). Streamﬂow trends in western Britain, Geophysical Research Letters, 33, L19406. doi:10.1029/2006GL027325.

[12] Fu, G.B., Barber, M.E. and Chen, S.L. (2007). The impacts of climate change on regional hydrological regimes in the Spokane River watershed, Journal of Hydrologic Engineering, 12, 452-461.

[13] Hamed, K.H. (2008). Trend detection in hydrologic data: The Mann–Kendall trend test under the scaling hypothesis, Journal of Hydrology, 349, 350-363.

[14] Hamed, K.H. and Rao, A.R. (1998). A modiﬁed Mann–Kendall trend test for autocorrelated data, Journal of Hydrology, 204, 182-196.

[15] Helsel, R.D. and Hirsch, R.M. (1992). Statistical Methods in Water Resources, Elsevier Science Publishing Inc., New York, N.Y. 510p.

[16] Hirsh, M.R., Slack, J.R. and Smith, R.A. (1982). Techniques of trend analysis for monthly water quality data, Water Resource Research, 18, 107-121.

[17] IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). (2007). Summary for Policymakers, In: Parry, M.L., Canziani, O.F., Palutikof, J.P., van der Linden, P.J. and Hanson, C.E. (Eds.), Climate change 2007, Iimpacts, Adaptation, and Vulnerability, Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Interovernmental Panel on Climatic Change, Cambridge University Press, Cambridge, UK.

[18] Kahya, E. and Kalaycı, S. (2004). Trend analysis of streamﬂow in Turkey, Journal of Hydrology, 289, 128-144.

[19] Kumar, S., Merwade, V., Kam, J. and Thurner, K. (2009). Streamﬂow trends, In Indiana: Effects of long term persistence, precipitation and subsurface drains, Journal of Hydrology, 374, 171-183.

[20] Lettenmaier, D.P., Wood, E.F. and Wallis, J.R. (1994). Hydro-climatological trends in the continental United States, 1948-88, Journal of Climate, 7(4), 586-607.

[21] Lins, H.F. and Slack, J.R. (1999). Streamﬂow trends in the United States, Geophysical Research Letters, 26(2), 227-230.

[22] Lins, H.F. and Slack, J.R. (2005). Seasonal and regional characteristics of US streamﬂow trends in the United States from 1940 to 1999, Physical Geography, 26 (6), 489-501.

[23] Mangin, A. (1994). Karst Hydrogeology, In: Gilbert, J. et al. (eds.), Groundwater Ecology, Academic Press, San Diego, pp. 43-67.

[24] Milly, P.C.D., Dunne, K.A. and Vecchia, A.V. (2005). Global pattern of trends in streamﬂow and water availability in a changing climate, Nature, 438(7066), 347-350.

[25] Moayeri M., Siadat, H., Pazira, E., Abbasi, F., Kaveh F. and Oweis, T.Y. (2011). Assessment of Maize Water Productivity in Southern Parts of the Karkheh River Basin, Iran, World Applied Sciences Journal, 13(7), 1586-1594.

[26] Modarres, R. and Da Silva, V. (2007). Rainfall trends in arid and semi-arid regions of Iran, Journal of Arid Environments, 70, 344-355.

[27] National Research Council (NRC). (1991). Opportunities in the Hydrologic Sciences, Washington, DC: National Academy Press.

[28] Nazemosadat, M.J. and Cordery, I. (2000). On the relationships between ENSO and autumn rainfall in Iran, International Journal of Climatology, 20, 47-61.

[29] Novotny, E.V. and Stefan, H.G. (2007). Stream ﬂow in Minnesota: indicator of climate change, Journal of Hydrology, 334(3-4), 319-333.

[30] Onoz, B. and Bayazit, M. (2003). The power of statistical tests for trend detection, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 27(4), 247-251.

[31] Raeisi, E. (2002). Carbonate karst caves in Iran, In: Kranjc, A. (ed), Evolution of karst: from prekarst to cessation, Ljubljana-Postojna, 339-344.

[32] Sen, P.K. (1968). Estimates of the regression coefﬁcients based on Kendall’s tau, Journal of the American Statistical Association, 63, 1379-1389.

[33] Thiel, H. (1950). A rank-invariant method of linear and polynomial analysis, Part 3, Nederlandse Akademie van Wettenschappen, Proceedings, 53, 1397-1412.

[34] Xu, Z., Liu, Z., Fu, G. and Chen, Y. (2010). Trends of major hydroclimatic variables in the Tarim River basin during the past 50 years, Journal of Arid Environments, 74 , 256-267.

[35] Yue, S. and Wang, C.Y. (2002a). Regional Streamﬂow trend detection with consideration of both temporal and spatial correlation, International Journal of Climatology, 22(8), 933-946.

[36] Yue, S. and Wang, C.Y. (2002b). Applicability of prewhitening to eliminate the inﬂuence of serial correlation on the Mann–Kendall test, Water Resource Research, 38(6), 1068.

[37] Zhang, X., Harvey, K.D., Hogg, W.D. and Yuzyk, T.R. (2001). Trends in Canadian streamﬂow, Water Resource Research, 37(4), 987-998.

نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

تحلیل روند تغییرات جریان در رودخانه‏های سراب کرخه: شواهدی از آثار تغییر اقلیم بر سیستم‏های منابع آب

مراجع

مراجع

دوره 68، شماره 3 - شماره پیاپی 3
مهر 1394
صفحه 659-674

تحلیل روند تغییرات جریان در رودخانه‏های سراب کرخه: شواهدی از آثار تغییر اقلیم بر سیستم‏های منابع آب

مراجع

مراجع

دوره 68، شماره 3 - شماره پیاپی 3مهر 1394صفحه 659-674

دوره 68، شماره 3 - شماره پیاپی 3
مهر 1394
صفحه 659-674