نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بررسی یکپارچه روند پارامترهای هیدرومتئورولوژیک با تلفیق داده‌های زمینی و سنجش از دور در حوضه آبریز دز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه علوم و مهندسی آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه لرستان- خرم آباد- ایران
چکیده
در این پژوهش، روند تغییرات بلندمدت پارامترهای هیدرومتئورولوژیک شامل بارش، دبی، شاخص سطح برگ (LAI)، پوشش سطح برف و تبخیر-تعرق (ET) در حوضه آبریز دز طی دوره زمانی ۲۰۰۲ تا ۲۰۲۱ با استفاده از داده‌های زمینی و ماهواره‌ای مورد بررسی قرار گرفت. داده‌های ماهواره‌ای از پلتفرم Google Earth Engine استخراج و به‌منظور تحلیل روند، از آزمون ناپارامتریک من-کندال اصلاح‌شده (MMK) با حذف اثرات خودهمبستگی و تخمین‌گر شیب سن استفاده شد. نتایج نشان داد که در اغلب ایستگاه‌های بارانسنجی، روند مشخص و معنی‌داری در بارش مشاهده نشده و تنها ایستگاه دورود کاهش معنی‌دار و ایستگاه ونایی افزایش قابل توجهی را ثبت کرده‌اند. در مقابل، بررسی دبی رودخانه‌ها بیانگر روند کاهشی غالب در سطح حوضه است، به‌ویژه در ایستگاه‌های سبزه چم‌چیت و تله‌زنگ که کاهش معنی‌دار در سطح اطمینان ۹۵ درصد مشاهده شد. داده‌های سنجش از دور نیز نشان دادند که پوشش برف روند کاهشی معنی‌داری در سطح اطمینان ۹۰ درصد داشته، در حالی‌که شاخص سطح برگ با افزایش معنی‌دار (Z=2.43) همراه بوده است. پارامتر تبخیر-تعرق فاقد روند معنی‌دار بود که می‌تواند ناشی از محدودیت منابع آبی و تعادل بین افزایش پوشش گیاهی و کمبود رطوبت خاک باشد. به‌طور کلی، یافته‌ها بیانگر کاهش منابع آب سطحی در اثر ترکیب تغییرات اقلیمی و فعالیت‌های انسانی است و لزوم مدیریت هوشمندانه و پایدار منابع آب و ارزیابی سناریوهای سازگاری را برجسته می‌سازد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Integrated Investigation of Hydrometeorological Parameter Trends Using Combined Ground-Based and Remote Sensing Data in the Dez River Basin

نویسندگان English

Zohre Izadi
Hasan Torabi poodeh
Mohammad Nazeri Tahroudi
Ali Heidar Nasrolahi
Department of Water Science and Engineering - Faculty of Agriculture - Lorestan University - Khorramabad - Iran
چکیده English

In this study, the long-term trends of hydrometeorological parameters, including precipitation, river discharge, Leaf Area Index (LAI), snow cover, and evapotranspiration (ET) in the Dez River basin were investigated over the period from 2002 to 2021 using ground-based and satellite data. Satellite data were extracted from the Google Earth Engine platform, and for trend analysis, the modified non-parametric Mann-Kendall (MMK) test, which removes the effects of autocorrelation, along with the Sen's slope estimator, were employed. The results indicated that most rain gauge stations showed no clear and significant trend in precipitation, with only Dorud station recording a significant decrease and Venaei station showing a significant increase. In contrast, the analysis of river discharge revealed a predominantly decreasing trend across the basin, particularly at the Sabbe Cham-Chit and Tele Zang stations, where significant decreases were observed at the 95% confidence level. Remote sensing data also indicated that snow cover experienced a significant decreasing trend at the 90% confidence level, while the Leaf Area Index showed a significant increase (Z=2.43). The evapotranspiration parameter exhibited no significant trend, which could be attributed to limited water resources and a balance between increased vegetation cover and soil moisture deficit. Overall, the findings indicate a decline in surface water resources due to a combination of climate change and human activities, highlighting the need for smart and sustainable water resource management and the evaluation of adaptation scenarios.

کلیدواژه‌ها English

Modified Mann-Kendall test, Trend analysis, Google Earth Engine, Sen'
s slope
ابراهیمی خوسفی، م. ۱۴۰۲. تحلیل تغییرات مساحت تالاب‌های هامون و سایر پهنه‌های آبی منطقۀ سیستان با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای. مجله جغرافیا و توسعه. ۲۱(۷۱): ۱۳۹۱۶۵.
امیدوار، ک.، طایی، ن. و راوری، ف. ۱۴۰۳. آشکارسازی تغییرات زمانی-مکانی بارش پاییزه ایران بر اساس آمار درازمدت و آزمون‌های ناپارامتریک. نیوار. ۴۹(۱۲۸۱۲۹): ۱۱۸.
بالویی، ح.، کابلی زاده، ع.، محمدی، م. و شاهین، ر. ۱۴۰۳. پایش تغییرات زمانی-مکانی خشک‌سالی هواشناسی و تحلیل روند متغیرهای اقلیمی در استان خوزستان بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۰. مخاطرات محیط طبیعی. ۱۳(۴۰): ۷۳۹۴.
ترابی‌پوده، ح. و امام‌قلی‌زاده، ص. ۱۳۹۴. تحلیل روند تغییرات آبدهی رودخانه‌های شمال حوضه رودخانه دز با استفاده از روش TFPW-MK. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. ۲۲(۳): ۳۹۵۵.
حسنوند، ز.، یاراحمدی، د. و میرهاشمی، س. ۱۴۰۱. تحلیل روند تغییرات سری زمانی بیشینه بارش روزانه و سالانه حوضه آبریز کرخه و دز. مخاطرات محیط طبیعی. ۱۱(۳۲): ۱۴۹۱۶۸.
سبزواری، س.، دادوند، م.، نصرالهی، ع. و علی‌حیدر، م. ۱۴۰۱. پایش تغییرات زمانی خشکسالی هواشناسی در مناطقی از غرب ایران. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست. ۱(۲): ۶۲۷۹.
علوی، ص.، سلیمانی، ک.، شکریان، ف. و مختارپور، م. ۱۴۰۲. بررسی روند تغییرات پارامترهای هیدرواقلیمی تالاب میانکاله، مازندران. هیدروژئومورفولوژی. ۳۷(۱۰): ۱۰۲۱۱۹.
علیزاده، ق.، و جعفری، ا. ۱۴۰۳. بررسی روند تغییرات پوشش گیاهی زیست‌اقلیم‌های استان اصفهان در اثر تغییرات پارامترهای اقلیمی. خشک بوم. ۱۴(۲): ۱۹۳۳.
علیزاده، ق. و حسینی، س. م. ۱۴۰۲. تحلیل آماری روند تغییرات بلندمدت بارش، دبی و کاربری اراضی در حوزه آبخیز تجن. مدیریت جامع حوزه‌های آبخیز. ۳(۲): ۴۷۶۶.
معروفی، صفر و طبری، حسین. ۱۳۹۰. آشکارسازی روند تغییرات دبی رودخانه مارون با استفاده از روش‌های پارامتری و ناپارامتری. تحقیقات جغرافیایی (توقف انتشار). ۲۶(۱۰۱): ۱۲۵-۱۴۶.
ناظری تهرودی، م.، احمدی، ف.، و خلیلی، ک. ۱۳۹۶. بررسی روند و زمان تغییر روند بارش حوضه دریاچه ارومیه. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). ۳۱(۲): ۶۴۴۶۵۹.
نوروزی، م.، همایی، م. و ترکمان، ع. ۱۴۰۱. تحلیل روند پارامترهای اقلیمی استان خوزستان با استفاده از آزمون من کندال (TFPW-MK). مطالعات علوم محیط زیست. ۸(۲): ۶۵۱۰۶۵۲۱.
Abu Arra, A. and Şişman, E. 2024. Innovative drought classification matrix and acceptable time period for temporal drought evaluation. Water Resources Management. 38(8): 2811–2833.
Abu Arra, A. and Şişman, E. 2025. New insights into meteorological and hydrological drought modeling: A comparative analysis of parametric and non-parametric distributions. Atmosphere. 16(7): 846.
Abu Arra, A., Alashan, S. and Şişman, E. 2025a. A new framework for innovative trend analysis: integrating extreme precipitation indices, standardization, enhanced visualization, and novel classification approaches (ITA-NF). Natural Hazards. 1-33.
Alashan, S. 2023. Comparison of sub-series with different lengths using Şen-innovative trend analysis. Acta Geophysica. 71(1): 373–383.
Arra, A. A., Keskin, M. Z. and Şişman, E. 2025b. Trend Analysis of Hydro-Meteorological Variables Using Mann-Kendall and Sen's Slope with Standardization (SSS): Case Study of the Kızılırmak Catchment, Türkiye. Physics and Chemistry of the Earth. Parts A/B/C. 136: 104115.
Burn, D. H. and Hag Elnur, M. A. 2002. Detection of hydrologic trends and variability. Journal of Hydrology. 255(1-4): 107-122.
Chen, C., Park, T., Wang, X., Piao, S., Xu, B., Chaturvedi, R. K. and Myneni, R. B. 2019. China and India lead in greening of the world through land-use management. Nature Sustainability. 2(2): 122-129.
Chowdari, K. K., Deb Barma, S., Bhat, N., Girisha, R., Gouda, K. C. and Mahesha, A. 2023. Trends of seasonal and annual rainfall of semi-arid districts of Karnataka, India: Application of innovative trend analysis approach. Theoretical and Applied Climatology. 152(1): 241–264.
Gao, L., Huang, J., Chen, X., Chen, Y. and Liu, M. 2017. Risk of extreme precipitation under nonstationary conditions during the second flood season in the Southeastern Coastal Region of China. Journal of Hydrometeorology. 18(3): 669–681.
Ghorbanian, A., Mohammadzadeh, A. and Jamali, S. 2022. Linear and non-linear vegetation trend analysis throughout Iran using two decades of MODIS NDVI imagery. Remote Sensing. 14(15): 3683.
Gorelick, N., Hancher, M., Dixon, M., Ilyushchenko, S., Thau, D. and Moore, R. 2017. Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone. Remote Sensing of Environment. 202, 18–27.
Hamed, K. H. and Rao, A. R. 1998. A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of Hydrology. 204(1–4): 182–196.
Helsel, D. R. and Hirsch, R. M. 2002. Statistical Methods in Water Resources. U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 4, chapter A3.
Helsel, D. R., Hirsch, R. M., Ryberg, K. R., Archfield, S. A. and Gilroy, E. J. 2020. Statistical methods in water resources. U.S. Geological Survey.
IPCC. 2021. Climate change 2021: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press.
IPCC. 2023. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Kesgin, E., Yaldız, S. G. and Güçlü, Y. S. 2024. Spatiotemporal variability and trends of droughts in the Mediterranean coastal region of Türkiye. International Journal of Climatology. 44(4): 1036–1057.
Keskin, M. Z., Abu Arra, A., Akca, S. and Şişman, E. 2025. Actual and potential trend analysis under climate change using risk Sen's Slope (RSS) in Western Black Sea Basin in Türkiye. International Journal of Climatology. 45(1): e8703.
Khalig, M. N., Ouarda, T. B. M. J., Gachon, P., Sushama, L. and St-Hilaire, A. 2009. Identification of hydrological trends in the presence of serial and cross correlations: A review of selected methods and their application to annual flow regimes of Canadian rivers. Journal of Hydrology. 368(1–4): 117–130.
Kougbeagbede, H., Onah, M. W., Houeto, A. and Hounvou, F. S. 2024. Applications of innovative polygon trend analysis and trend polygon star concept methods for the variability of precipitation at synoptic stations in Benin (West Africa). American Journal of Environmental Protection. 13(6): 209–218.
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(1–2): 171–183.
McCabe, M. F., Rodell, M., Alsdorf, D. E., Miralles, D. G., Uijlenhoet, R., Wagner, W. and Verhoest, N. E. 2017. The future of Earth observation in hydrology. Hydrology and Earth System Sciences. 21(7): 3879–3914.
Sen, P. K. 1968. Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American Statistical Association. 63(324): 1379–1389.
Sen, Z. 2012. Innovative trend analysis methodology. Journal of Hydrologic Engineering. 17(9): 1042–1046.
Theil, H. 1950. A rank-invariant method of linear and polynomial regression analysis. Indagationes Mathematicae. 12(85): 173.
Trenberth, K. E. 2011. Changes in precipitation with climate change. Climate Research. 47(1–2): 123–138.
Trenberth, K. E., Fasullo, J. T. and Mackaro, J. 2011. Atmospheric moisture transports from ocean to land and global energy flows in reanalyses. Journal of Climate. 24(18): 4907–4924.
Tuğrul, T. and Hinis, M. A. 2024. Trend analysis of hydrological and meteorological drought in Apa Dam, Türkiye. Environmental Earth Sciences. 83(17): 502.
Verma, S., Kumar, K., Verma, M. K., Prasad, A. D., Mehta, D. and Rathnayake, U. 2023. Comparative analysis of CMIP5 and CMIP6 in conjunction with the hydrological processes of reservoir catchment, Chhattisgarh, India. Journal of Hydrology: Regional Studies. 50, 101533.
Vörösmarty, C. J., McIntyre, P. B., Gessner, M. O., Dudgeon, D., Prusevich, A., Green, P. and Davies, P. M. 2010. Global threats to human water security and river biodiversity. Nature. 467(7315): 555–561.
Yue, S., Pilon, P. and Cavadias, G. 2002. Power of the Mann–Kendall and Spearman's rho tests for detecting monotonic trends in hydrological series. Journal of Hydrology. 259(1-4): 254-271.
Zeng, Z., Ziegler, A. D., Searchinger, T., Yang, L., Chen, A., Ju, K. and Wood, E. F. 2019. A reversal in global terrestrial stilling and its implications for wind energy production. Nature Climate Change. 9(12): 979-985.
Zhang, W., Villarini, G., Slater, L. and Vecchi, G. A. 2018. Improved ENSO representation in climate models and its implications for climate change detection. Journal of Climate. 31(19): 7803-7819.