| تعداد نشریات | 285 |
| تعداد نشریات سازمان | 83 |
| تعداد شمارهها | 3,116 |
| تعداد مقالات | 34,695 |
| تعداد مشاهده مقاله | 49,923,402 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 80,234,790 |
پایش خشکسالی هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز دریای خزر | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| مقاله 5، دوره 15، شماره 4، آذر 1402، صفحه 570-587 اصل مقاله (1.24 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2023.123012.1533 | ||
| نویسندگان | ||
| سیما رحیمی بندرآبادی* 1؛ بهرام بهرام ثقفیان2؛ طیب رضیئی1 | ||
| 1استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| 2استاد، دانشکده عمران، معماری و هنر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه شناخت فرکانس وقوع خشکسالیهای با شدت و تداومهای مختلف و پیشبینی به موقع آنها برای اعلام هشدار، یکی از نیازهای اساسی پروژههای منابع آب است. پدیده خشکسالی، به سه گروه عمده هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژی تقسیم میشود. پایش خشکسالیهای هیدرولوژیکی، یکی از نیازهای اساسی مدیریت منابع آب در حوزههای آبخیز، بهویژه در بخش کشاورزی آبی به شمار میآید. در سالهای اخیر، شاخصها و روشهای جدیدی برای پایش خشکسالی هیدرولوژیکی در سطح جهان ارائه شده است. مواد و روشها در این پژوهش، شاخصهای جریان کمینه (Q75، Q90 و Q95) مستخرج از منحنی تداوم جریان و سریهای جریان کمینه (10 و30 روزه) و همچنین، حجم کمبود جریان برای پایش خشکسالی هیدرولوژیکی در حوضه دریای خزر، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، 40 ایستگاه هیدرومتری که دارای آمار 41 ساله (از سال آبی 1351-1350 تا 1391-1390) بود، انتخاب شد. در مرحله بعد، دادههای ایستگاههای مورد مطالعه از نظر همگنی، استقلال و تصادفی بودن، مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس، به کمک روش تحلیل خوشهای مرتبهای و رگرسیون گام به گام، مناطق همگن هیدرولوژیکی تعیین و تحلیل منطقهای این شاخصها انجام شد. نتایج و بحث برای بررسی ویژگیهای جریان کمینه در حوضه دریای خزر، ابتدا منحنی تداوم جریان برای هر یک از ایستگاهها رسم و سپس، سه شاخص Q75، Q90 و Q95 برای هر یک از ایستگاهها محاسبه شد. برای مقایسه مکانی جریان کمینه، از دبی کمینه ویژه یا qs (مقدار دبی کمینه تقسیم بر سطح) استفاده شد. شاخص qs75، بین 0.0006 تا 13 متر مکعب بر ثانیه بر کیلومتر مربع تغییر میکند. مقدار qs75، در قسمتهای شرقی، کمتر (خشکتر) و در قسمتهای غربی منطقه، مقدار خشکی جریان کمتر از سایر نقاط است. بررسی نقشههای توزیع مکانی این سه شاخص، نشان میدهد که روند تغییرات مکانی آنها تقریبا مشابه است و همگی بیانگر مرطوبتر بودن مناطق غربی حوضه دریای خزر نسبت به مناطق شرقی و مرکزی هستند. در مرحله بعد، برای بررسی شاخصهای جریان کمینه، ابتدا سری جریانهای کمینه 10 و 30 روزه تهیه شد. با مقایسه پارامترهای توزیع به کمک روش امتیازدهی، توزیع لوگ پیرسون تیپ سه، بهعنوان بهترین توزیع در بیشتر ایستگاهها انتخاب شد. پس از انتخاب مناسبترین توزیع، مقادیر شاخصهای کمینه 10 روزه و 30 روزه با دوره بازگشتهای مختلف محاسبه شد. بررسی میانگین شاخصها نشان میدهد که کمترین مقدار دبی کمینه 10 روزه با مقدار 0.01 متر مکعب بر ثانیه در ایستگاه وطنا (035-12) واقع در شرق حوضه و بیشترین میزان با مقدار 91.2 متر مکعب در ثانیه در ایستگاه رودبار (034-17) در منطقه غرب حوضه است. در مورد میانگین دبی کمینه 30 روزه نیز کمترین مقدار برابر 0.02 متر مکعب برثانیه و بیشترین مقدار برابر 8.52 متر مکعب بر ثانیه در همین دو ایستگاه است. بهمنظور، بررسی تغییرات زمانی شدت خشکسالی هیدرولوژیکی، سریهای زمانی سالانه جریان کم 10 و 30 روزه در هر ایستگاه نسبت به سال وقوع آنها ترسیم شدند تا روند تغییرات وضعیت خشکسالی در سالهای مختلف مشخص شود. بررسی روند زمانی شاخصهای جریان کمینه بر روی نمودارها، نشان از کاهش مقدار شاخصها طی سالهای اخیر و روند منفی شاخصها دارد. به عبارت دیگر، نمودارها تقریبا در همه ایستگاهها بیان از خشکسالیهای هیدرولوژیکی (کاهش شاخصهای جریان کمینه) طی سالهای اخیر دارند. برای تعیین طول دورههای جریان کمینه نیز، در ایستگاههای مختلف میانگینهای متحرک 10 و 30 روزه دبی با مقدار شاخص Q90، مقایسه شد. نتایج نشان میدهد که تداوم خشکسالی در قسمتهای مرکزی حوضه دریای خزر (زیرحوضههای پلور، رزن، کرسنگ، تنگه لاویج، پلذغال و زوات) بیشتر از بقیه مناطق است که این زیرحوضهها در استان مازندران واقع هستند. کمترین تداوم خشکسالی (بین 22 تا 25 روز) نیز مربوط به زیرحوضههای شلمان، پل سازمان، پاشاکی، آستانه و توتکابن در قسمت شرقی حوضه دریای خزر و در استان گیلان است. قسمتهای شرقی حوضه نیز طول دوره خشکسالی بین 28 تا 30 روز را تجربه کردهاند. نتیجهگیری نتایج نشان میدهد که در سالهای 1377 تا 1390، در بیشتر ایستگاهها شدیدترین و طولانیترین خشکسالیها اتفاق افتاده است. بررسی توزیع مکانی شاخصهای جریان کمینه و حجم کمبود جریان، بیانگر خشکتر بودن قسمتهای شرقی حوضه نسبت به مرکزی و غرب حوضه دریای خزر است. هرچند، طول دوره خشکسالیهای هیدرولوژیکی در خزر مرکزی بیشتر از سایر نقاط حوضه است. بررسی روند زمانی شاخصها نیز بیانگر افزایش تکرار و طول مدت خشکسالیهای هیدرولوژیکی در سالهای اخیر است. مقایسه شاخصهای مختلف نشان میدهد که همه شاخصها نتایج مشابهی در منطقه دارند. بررسی روابط منطقهای نشان داد که در منطقه همگن شرقی عامل تاثیرگذار بر شاخصهای جریان، ارتفاع است. در حالیکه در منطقه مرکزی و غربی مساحت و تراکم زهکشی، تاثیر بیشتری دارند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| تحلیل منطقهای؛ جریان کمینه؛ حجم کمبود جریان؛ شاخص خشکسالی؛ منحنی تداوم جریان | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Monitoring of hydrological drought in Caspian Sea Basin | ||
| نویسندگان [English] | ||
| sima rahimi bondarabadi1؛ Bahram Saghafian2؛ Tayeb Raziei1 | ||
| 1Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 2Professor, Faculty of Civil Engineering, Architecture and Art, Sciences and Researches Unit, Islamic Azad University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction Monitoring of hydrological droughts is one of the basic needs of water resources management in watersheds, especially in the field of water agriculture. Drought is divided into three major groups: meteorology, agriculture and hydrology. Hydrologic drought can be studied in different ways. One of the common methods is the use of low flow indexes and threshold level approach. Materials and methods In this research, the minimum flow indices (Q75, Q90 and Q95) extracted from the flow continuity curve and minimum flow series (10 and 30 days) as well as the amount of flow deficit for hydrological drought monitoring in the Caspian Sea Basin were investigated and evaluated. For this purpose, 40 hydrometric stations with 41-year statistics (1970-2011) were selected. In the next step, the data of the studied stations were evaluated in terms of homogeneity, independence and randomness. Then, with the help of hierarchical cluster analysis and step-by-step regression, hydrological homogenous areas were determined and regional analysis of these indicators was done. Results and discussion In order to investigate the characteristics of the minimum current in the Caspian Sea Basin, first, the continuous flow curve was drawn for each of the stations, and then, three indices Q75, Q90 and Q95 were calculated for each of the stations. For the spatial comparison of the minimum flow, the specific minimum discharge or qs (minimum discharge value divided by the area) was used. qs75 index varies between 0.0006 and 13 m3s-1per km2. The value of qs75 is less (drier) in the eastern parts and in the western parts of the region, the amount of dryness of the stream is less than other places. Examining the spatial distribution maps of these three indicators shows that the trend of their spatial changes is almost similar and they all indicate that the western regions of the Caspian Sea Basin are more humid than the eastern and central regions. In the next step, to examine the minimum flow indicators, a series of minimum flows of 10 and 30 days was prepared. By comparing distribution parameters with the help of scoring method, Log-Pearson type 3 distribution was selected as the best distribution in most stations. After choosing the most appropriate distribution, the values of the 10-day and 30-day minimum indices with different return periods were calculated. Examining the average indicators shows that the minimum discharge value of 10 days with a value equal to 0.01 m3s-1 in Vatana Station (12-035) located in the east of the basin and the highest with a value of 19.2 m3s-1, it is at Rudbar Station (17-034) in the western region of the basin. Regarding the average minimum discharge of 30 days, the lowest value is equal to 0.20 m3s-1 and the highest value is equal to 8.52 m3s-1in these two stations. In order to investigate the temporal changes of hydrological drought intensity, the annual time series of 10-day and 30-day low flow at each station were plotted in relation to the year of their occurrence, in order to determine the trend of changes in the drought situation in different years. Examining the time trend of the minimum flow indicators on the graphs, shows a decrease in the value of the indicators in recent years and a negative trend of the indicators. In other words, the graphs in almost all stations show hydrological droughts (reduction of minimum flow indicators) during recent years. In order to determine the length of minimum flow periods, 10 and 30 day moving averages of discharge were compared with Q90 index value in different stations. The results show that the persistence of drought in the central parts of the Caspian Sea Basin (Pulor, Razan, Karsang, Tange Lavij, Pol Zoghal and Zowat sub-basins) is more than the rest of the regions, these sub-basins are located in Mazandaran Province. The lowest duration of drought (between 22 and 25 days) is related to the sub-basins of Shalman, Pol-e-Sazman, Pashaki, Astana and Tutkabon in the eastern part of the Caspian Sea Basin and in Gilan Province. The eastern parts of the basin have also experienced a drought period between 28 and 30 days. Conclusion Results indicate that the years 1990 to 2010 have undergone severe and long droughts in most of the stations. The review of the spatial distribution of indexes shows better conditions in the western parts of the study area compared to the eastern sections in terms of dryness. However, the duration of hydrological droughts in the central study area is longer than in other parts of the basin. Investigating the time trend of the indexes also shows the increase in the frequency and duration of hydrological droughts in recent years. A comparison of different indexes shows that all of them have similar results in the region. The results of cluster analysis divided the area into three distinct homogenous units (in 0.01 significant level). The result of the regional analysis showed that in the eastern homogeneous region, the influencing factor on low flow indexes is elevation, while in the central and western regions, the drainage area and density have a greater impact. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Drought deficit volume, Drought index, Flow duration curves, Low flow index, Regional analysis | ||
| مراجع | ||
|
Awass, A.A., 2009. Hydrological drought analysis–occurrence, severity, risks: the case of Wabi Shebele River Basin, Ethiopia. Doctoral Thesis, University Siegen, Germany. Baren, M.A., 1985. Hydrological aspects of droughts. UNESCO/WMO, 203 pages. Dracup., J.A., Lee, K.S., Paulson, E.G.Jr., 1980a. On the definition of droughts. Water Resource. Res. 16(2), 289-296. Dracup, J.A., Lee, K.S., Paulson1, E.G.Jr., 1980b. On the definition of droughts. Water Resource. Res. 16(2), 297-302. Durrans, S.R., Tomic, S., 2001. Comparison of parametric tail estimators for low-flow frequency analysis. J. Am. Water Resour. Assoc. 37(5), 1203-1214. Fleig, A., 2004. Hydrological drought–comparative study using daily discharge series from around the world. Der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br. Jahanbakhsh, S., Sari Sarraf, B., Ghafouri Roozbahani, A., Rahimi Bandarabadi, S., 2016. The spatio-temporal analysis of low flow in Karkheh Drainage Basin. Watershed Engine. Manage. 8(1), 55-67 (in Persian). Hisdal, H., Tallaksen, L.M., 2000. Drought event definition. Technical Report, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute No. 6. Hisdal, H., Clausen, B., Gustard, A., Peters, E., Tallaksen, L.M., 2004. Event definitions and indices. in: Tallaksen. L.M. and H.A.J. Lanen. (eds). Hydrological Drought – Processes and Estimation Methods for Streamflow and Groundwater. Developments in Water Science, 48, Amsterdam, Elsevier Science. Hisdal, H., Stahl, K., Tallaksen, L.M., Demuth, S., 2001. Have streamflow droughts in Europe become more severe or frequent?. Int. J. Climatol. 21(3), 317-333. Kjeldsen, T.R., Lundorf, A., Rosbjerg, D., 2000. Use of a two-component exponential distribution in partial duration modelling of hydrological droughts in Zimbabwean rivers. Hydrol. Sci. J. 45(2), 285-298. Lahha, G., Bloschl, G., 2007. A national low flow estimation procedure for Austria. J. Hydrol. Sci. 52(4), 625-644. Nosrati, K., Eslamian, S., Shahbazi, A., 2004. Investigation of effect of climate change on hydrological drought. J. Agricul. 6(1), 49-56 (in Persian). Pitman, W.V., 1993. Simulation of run-of-river schemes using monthly data. Proceedings of the Sixth South African Hydrology Symposium. Pietermaritzburg, South Africa, 1, 445-452. Pyrce, R., 2004. Hydrological low flow indices and their uses. Watershed Science Center, Report No. 4., 33 pages. Raziei, T., Saghafian, B., Shokoohi, A.R., 2003. Drought monitoring using SPI index in Yazd Province. VI Inter- Regional Conference on Environment, Water, Albacete, Spain. Rifai, H.S., Brock, S.M., Ensor, K.B., Bedient, P.B., 2000. Determination of low flow characteristics for Texas streams. J. Water Resour. Plan. Manage. 126(5), 310-319. Rivera, J.A., Otta, S., Lauro, C., Zazulie, N., 2021. A decade of hydrological drought in central-western Argentina. Front. Water 3: 1-20. Rivera-Ramirez, H.D., Warner, G.S., Scatena, F.N., 2002. Prediction of master recession curves and baseflow recessions in the Luquillo mountains of Puerto Rico. J. Am. Water Resour. Assoc. 38, 693-704. Saghafian, B., Shokoohi, A., Raziei, T., 2003. Drought spatial analysis and development of severity-duration-frequency curves for an arid region. International symposium of Hydrology of Mediterranean and Semi-Arid Regions, Montpellier, France.Samiee, M., Mahdavi, M., Saghafian, B., 2006. Regional analysis of hydrological drought in Tehran watersheds. Iranian J. Nat. Resour. 59(1), 27-40 (in Persian). Santos, M.J., Veríssimo, R., Fernandes, S., Orlando, M., Rodrigues, R., 2001. Evaluation of regional drought in Europe. International Seminar on Hydrology of Mediterranean Regions. Technical Documents in Hydrology, UNESCO. Sarhadi, A., Soltani, S., Modarres, R., 2007. Regional low flow frequency distribution in Jiroft area by L-moments. Iran. Water Res. J. 2(3), 45-54 (in Persian). Sen, Z., 1980a. Statistical analysis of hydrologic critical droughts. J. Hydrol. Eng.106(1), 99-115. Sen, Z., 1980b. Critical drought analysis of periodic-stochastic processes. J. Hydrol. 46, 251-263. Sharma, T.C., 2000. Drought parameters in relation to truncation levels. Hydrol. Process. 14, 1279-1788. Smakhtin, V.U., Watkins, D.A., Hughes, D.A., 1995. Preliminary analysis of low-flow characteristics of South African rivers. Water SA 21, 201-210. Smakhtin, V.U., 2001. Low flow hydrology: a review. J. Hydrol. 240, 147-186. Smakhtin, V.Y., 1998. Generation of natural flow sequences in regulated rivers. Regul. Rivers Res. Manag. 15, 311-323. Smakhtin, V.Y., Toulouse, M., 1998. Relationships between low flow characteristics of South African streams. Water SA 24(2), 107-112. Stahl, K., Demuth, S., 2003. Regional patterns of streamflow drought in Europe. Institute of Hydrology. University of Freiburg, Final Report. Stockburger, D.W., 1998. Multivariate statistics: concepts, models and applications. Southwest Missouri State University. Tallaksen, L.M., Madsen, H., Clausen, B., 1997. On the definition and modelling of streamflow, drought duration and deficit volume. Hydrol. Sci. J. 42(1), 15-33. Thampson, S., 1999. Hydrology for water management. Prentice Hall Inc. Tharme, R.E., 2003. A global perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. River Res. Appl. 19(5-6), 397-441. Wu, J., Miao, C., Zheng, H., Duan, Q., Lei, X., Li, H., 2018. Meteorological and hydrological drought on the loess plateau, China: evolutionary characteristics, impact, and propagation. JGR: Atmospheres 123(20), 11569-11584. Yevjevich, V.M., 1967. An objective approach to definitions and investigations of continental hydrologie drought. Colorado State University Hydrology Paper No. 23, Fort Collins, Colorado, USA. Yevjevich, V., 1967. An objective approach to definitions and investigations of continental hydrologic droughts. Colorado State Univ., Fort Collins, CO. Yilmaz, K.K., Gupta., H.V., Wagener, T., 2008. A process-based diagnostic approach to model evaluation: application to the NWS distributed hydrologic model. Water Resour. Res. 44. W09417. Zelenhasic, E., Salvai, A., 1987. A method of stream-flow drought analysis. Water Resour. Res. 23(1), 156-168. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 675 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 444 |
||