تعیین سهم اثرات تغییر اقلیم و عوامل انسانی بر کاهش رواناب با تحلیل حساسیت نسبت به محل نقاط شکست آماری در سری زمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله، تعیین سهم اثر اقلیم و اثر مستقیم عوامل انسانی بر کاهش رواناب بر اساس سه رویکرد رگرسیون خطی، کشسانی اقلیمی مبتنی بر فرضیه بودیکو و رویکرد تثبیت- تغییر مبتنی بر شبیه‌سازی ماهانه بیلان آب انجام می‌شود. این رویکردها عمدتاً مبتنی بر تعیین نقطه شکست آماری در سری زمانی جریان هستند. نقطه شکست آماری نشان‌دهنده زمانی است که از آن زمان به بعد، تغییر معنی‌داری در ویژگی‌های آماری دبی جریان رخ می‌دهد. در این مقاله، با تحلیل حساسیت نتایج نسبت به محل نقاط شکست در سری زمانی رواناب، تأثیر شناسایی این نقاط بر تعیین مقادیر سهم‌های یاد شده بررسی می‌شود. کارایی رویکردهای بیان شده در حوضه بالادست سد زاینده‌رود که دستخوش تغییرات انسان‌ساخت قابل توجهی مانند افزایش بی‌رویه سطح زیر کشت و انتقال آب بین حوضه‌ای بوده است، مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در رویکرد تثبیت- تغییر، مدل بیلان آب برای دوره‌ زمانی 1984-1976 واسنجی و صحت‌سنجی می‌شود. نتایج تحلیل حساسیت نسبت به محل نقاط شکست و بررسی سری زمانی تغییرات سطح زیرکشت به دست آمده از تصاویر ماهواره‌ای و سری زمانی دبی انتقال آب بین حوضه‌ای نشان می‌دهد که در نظر گرفتن سال 2006 به عنوان سال رخداد نقطه شکست در سری زمانی رواناب، تخمین‌های واقع‌بینانه‌تری از مقادیر سهم اثرات عوامل انسانی و اقلیمی بر کاهش رواناب (به ترتیب، بیش از 90 درصد و

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Quantifying the Impact of Climate Change and Human Activities on Runoff Reduction with Sensitivity Analysis on Time Series Breakpoints

نویسندگان [English]

  • Hamid Ghasemi 1
  • Najmeh Mahjourimajd 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, KN Toosi University of Technology
چکیده [English]

In this paper, the Impacts of Climate Change and Human Activities on Runoff Reduction (ICHRR) are quantified using three approaches based on regression, climate elasticity and water balance models. These approaches are based on finding the location of the occurring an abrupt statistical change (breakpoint) in runoff time series. In this paper, the effect of locating the breakpoint(s) on the mentioned quantified impacts is studied through sensitivity analysis. The performance of the mentioned three approaches is evaluated by applying them on Zayandehrud river discharge which is subjected to significant human induced changes such as dramatic increase of the area of agricultural lands and inter-basin water transfer projects. The water balance model is calibrated and verified for the period of 1976 to 1984. The sensitivity analysis shows that among several years with potential of the occurring a breakpoint, considering the year of 2006 as the breakpoint, the estimated values of ICHRR are more realistic. These results are in accordance with the observations including the time series of climate variables, agricultural land areas and inter-basin water transfer discharge. Also, if the impact of inter-basin water transfer on increasing runoff is removed from the runoff time series, the impact of climate change on runoff reduction based on all the three approaches is mostly close to zero. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate change
  • change point in time series
  • Runoff reduction
  • water balance model
  • inter-basin water transfer

مراجع

Iran Chamber of Commerce, Industries, Mines and Agriculture (2016) Estimating the contribution of direct and indirect effects of human activities on surface runoff. Technical Report (In Persian)
Osmani M (2020) Modeling nonstationarities and detecting changepoints in multivariate hydrological series. M. Sc. Thesis, Faculty of Civil Engineering, K. N. Toosi University of Technology (In Perisan)
Budyko MI (1963) Evaporation under natural conditions. Israel Program for Scientific Translations
Farsi N and Mahjouri N (2019) Evaluating the contribution of the climate change and human activities to runoff change under uncertainty. Journal of Hydrology 574:872–891
N Farsi N, Mahjouri N, and Ghasemi H (2020) Breakpoint detection in non-stationary runoff time series under uncertainty. Journal of Hydrology 590:125458
Gao G, Fu B, Wang S, Liang W, and Jiang X (2016) Determining the hydrological responses to climate variability and land use/cover change in the Loess Plateau with the Budyko framework. Science of the Total Environment 557–558:331–342
Jazim AA (2006) A monthly six-parameter water balance model and its application at arid and semiarid low yielding catchments. Journal of King Saud University-Engineering Sciences 19(1):65–81
Jiang C, Xiong L, Wang D, Liu P, Guo S, and Xu C (2015) Separating the impacts of climate change and human activities on runoff using the Budyko-type equations with time-varying parameters. Journal of Hydrology 522:326–338
Legesse D, Abiye TA, and Abate H (2010) Streamflow sensitivity to climate and land cover changes : Meki River, Ethiopia. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, European Geosciences Union 14(11):2277–2287
McCabe GJ and Markstrom SL (2007) A monthly water-balance model driven by a graphical user interface. U.S. Geological Survey, Open-File report 2007-1088, 6
Rao RA and AlWagdany A (1995) Effects of climate change in WABASH River basin. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 121(2):207–215
Van Loon AF and Van Lanen HAJ (2013) Making the distinction between water scarcity and drought using an observation-modeling framework. Water Resources Research 49(3):1438-1502
Wang S, Yan Y, Yan M, and Zhao X (2012) Quantitative estimation of the impact of precipitation and human activities on runoff change of the Huangfuchuan River Basin. Journal of Geographical Sciences 22(5):906–918
Wu J, Miao C, Zhang X, Yang T and Duan Q (2017) Detecting the quantitative hydrological response to changes in climate and human activities. Science of the Total Environment 586:328-337
Yan T, Bai J, Lee Zhi Yi A, and Shen Z (2018) SWAT-simulated streamflow responses to climate variability and human activities in the Miyun Reservoir basin by considering streamflow components. Sustainability 10(4):941
Zhao G, Tian P, Mu X, Jiao J, Wang F, and Gao P (2014) Quantifying the impact of climate variability and human activities on streamflow in the middle reaches of the Yellow River basin, China. Journal of Hydrology 519:387–398
Zheng H, Zhang L, Zhu R, Liu C, Sato Y, and Fukushima Y (2009) Responses of streamflow to climate and land surface change in the headwaters of the Yellow River Basin. Water Resources Research 45(7):1–9

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 27 اسفند 1399
  • تاریخ پذیرش: 27 اسفند 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار