مهندسی و مدیریت آبخیز

با همکاری انجمن آبخیزداری ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

راهنمای نویسندگان

راهنمایی دریافت کد ORCID

داوران

راهنمای عضویت در Publons

بررسی تاثیر خشک‌سالی بر جریان پایه با شاخص جریان پایه استاندارد شده، مطالعه موردی: حوضه کاکارضا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران

2 استاد پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران

چکیده

شناخت برهم‌کنش پدیده خشک­سالی و پاسخ هیدرولوژیک حوضه­­ها، می­تواند منجر به دستیابی به اطلاعاتی برای مدیریت بهینه منابع آب حوضه شود. هدف پژوهش حاضر، بررسی رابطه زمانی خشک­سالی و میزان مشارکت جریان­های زیرسطحی در جریان رودخانه­ها در زیرحوضه کاکارضا است. در این پژوهش، دوره مشترک 1396-1361 برای ایستگاه­های هیدرومتری و باران‌سنجی متناظر در نظر گرفته شد. سپس، شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در مقیاس‌های زمانی سه، شش، نه، 12،‌ 18 و 24 ماهه، محاسبه شد. جریان پایه و شاخص مربوطه به روش فیلتر رقومی برگشتی بی­فلو-لینه و هالیک در پایه­های زمانی ماهانه، سالانه و کل دوره، محاسبه شد. در مرحله بعدی، شاخص جریان پایه استاندارد شده  (SBFI)محاسبه و منحنی تداوم جریان پایه (BFDC) ترسیم و شاخص شکل منحنی تداوم جریان پایه (SBFDC) محاسبه شد. تغییرات منحنی تداوم جریان پایه و شاخص شکل مربوطه و روابط شاخص خشک­سالی و شاخص جریان پایه استاندارد شده با استفاده از روش همبستگی بررسی و تحلیل شد. نتایج نشان داد که میانگین شاخص جریان پایه در طول دوره پژوهش برابر با 52/0 و کمینه و بیشینه آن نیز به‌ترتیب برابر با  46 /0 و 57/0 بوده و همچنین، روند تغییرات جریان پایه، یک روند کاهشی با شیب ملایم است. روند تغییرات شیب منحنی تداوم جریان پایه، در طول دوره با یک شیب ملایم کاهشی است. میزان تغییرات شیب نیز از یک تا سه درصد و نزدیک به خط راست است که تمایل به پایداری جریان پایه در درازمدت را نشان می­دهد. بیشترین تاثیر پدیده خشک­سالی بر جریان پایه رودخانه­ها در گام زمانی نه و 12 ماه بوده که همبستگی با ضریب تبیین 87/0 و احتمال 95 درصد، بین شاخص خشک­سالی و شاخص جریان پایه استاندارد شده، موید افزایش سهم مشارکت آب­های زیرسطحی در جریان پایه، با تاخیر نه تا 12 ماه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the impact of drought on the base flow using standardized base flow index, case study: Kaka-Reza Catchment

نویسندگان [English]

  • Rahim Kazemi 1
  • Jahangir Porhemmat 2
  • Bagher Ghermez Cheshme 1

1 Assistant Prof., Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran

2 Prof., Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran

چکیده [English]

Understanding the interaction of drought phenomenon and hydrological response of catchments can lead to obtaining some information for optimal water resource management. The aim of this study was to investigate the temporal relationship between drought and groundwater contribution to stream flow, in Kaka–Reza Sub-catchment. In this study, the common period of 1382-2017 was considered for the corresponding hydrometric and rain gauge stations. The Standardized Precipitation Index (SPI) was then calculated at time scales of three, six, nine, 12, 18 and 24 months. Base flow and related index were calculated by B-Flow-Line and Halick digital filter method in monthly, annual and total time bases. Then the Standardized Base Flow Index (SBFI), the Base Flow Duration Curve (BFDC) and the base flow duration curve shape index (SBFDC) was calculated. Changes in BFDC and the corresponding shape index and the relationships between SPI and SBFI were investigated and analyzed using the correlation method. The results showed that the average Base Flow Index during the research period was equal to 0.52 and its minimum and maximum were equal to 0.46 and 0.57, respectively. Also, the trend of bas flow changes is a decreasing trend with a low slope. The trend of changes SBFDC decreases over study period with a low slope. The rate of slope change is also from one to three percent, and close to the straight line, which indicates the tendency for base flow to be stable in the long time. The greatest impact of the drought phenomenon on the river base flow is in the time step of nine and twelve months. The correlation between SPI and SBFI with a coefficient of determination 0.87 confirms the increase in the groundwater contribution to base flow, with a delay of nine to twelve months.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Base Flow Duration Curve (BFDC)
  • Groundwater
  • Hydrological response
  • Karst
  • Standardized Precipitation Index (SPI)
مراجع
  1. Alizadeh, A. 2007. Principal of applied hydrology. 14th Edn, Mashhad, Emamreza University, 807 pages (in Persian).
  2. Azareh, A., M.R. Rahdari, E.R. Sardoii and F.A. Moghadam. 2014. Investigate the relationship between hydrological and meteorological droughts in Karaj dam basin. European Journal of Experimental Biology, 4(3): 102-107.
  3. Babaei, H., S.H. Araghinejad and A. Horfar. 2011. Time interval identification of the occurrences of meteorological and hydrological droughts in Zayandeh-Rud Basin. Arid Biom Scientific and Research Journal, 1(3): 1-12 (in Persian).
  4. Bazrkar, M.H. and X. Chu. 2020. New standardized base flow index for identification of hydrologic drought in the Red River of the North Basin. Natural Hazards Review, 21(4): 1-8.
  5. Doostan, R. 2020. Analysis of drought researches of Iran. Journal of Spatial Analysis Environmental Hazards, 6(4): 53-94 (in Persian).
  6. Eivazi, M. and A. Mosaedi. 2011. Monitoring and spatial analysis of meteorological drought in Golestan Province using the geostatistical methods. Journal of Range and Watershed Management, 64: 65-78 (in Persian).
  7. Eskandari-Damaneh, H., G.H. Zehtabian, H. Khosravi and A. 2016. Analysis of temporal and spatial relationship between meteorological and hydrological drought in Tehran Province. Journal Management System, 24(96): 113-120 (in Persian).
  8. Hellwig, J. and K. Stahl. 2018. An assessment of trends and potential future changes in groundwater-baseflow drought based on catchment response times. Hydrology and Earth System Sciences, 22(12): 6209-6224.
  9. Hoeg, S., S. Uhlenbrook and C. Leibundgut. 2000. Hydrograph separation in a mountainous catchment-combining hydrochemical and isotopic tracers. Hydrological Processes, 14(7): 1199-1216.
  10. 2015. Software package on the field of hydrology, hydrogeology, meteorology and data science. www.https://hydrooffice.org/.
  11. Kazemi, R. and J. Porhemmat. 2018. Investigation and determination of factors affecting the shape of the flow duration curve in different climates of Iran. Journal of Water and Soil Conservation, 25(1): 85-105 (in Persian)
  12. Kazemi, R. 2018. Modeling of base flow using the geomorphologic parameters in Karkheh Basin. PhD Thesis, Kharazmi University, 182 pages (in Persian).
  13. Kazemi, R. and J. Porhemmat. 2020. Calibration of recursive digital filters to separate the base flow, case study: Karkheh Basin. Watershed Engineering and Management, 12(1): 30-43 (in Persian).
  14. Koushki, R., M. Rahimi, M. Amiri, M. Mohammadi and J. Dastorani. 2017. Investigation of relationship between meteorological and hydrological drought in Karkheh Watershed. Iranian Journal of Ecohydrology, 4(3): 687-698.
  15. Line, D.E. and N.M. White. 2007. Effects of development on runoff and pollutant export. Water Environment Research, 79(2): 185-190.
  16. Lyne, V. and M. Hollick. 1979. Stochastic time-variable rainfall-runoff modelling. In Institute of Engineers Australia National Conference, 89-93.
  17. McNamara, J.P., D.L. Kane and L.D. Hinzman. 1997. Hydrograph separations in an Arctic watershed using mixing model and graphical techniques. Water Resources Research, 3: 1707–1719.
  18. Mesbahzadeh, T. and F. Soleimani 2018. Temporal trend study of hydrological and meteorological drought in Karkheh Watershed. Iranian Journal of Watershed Management Science, 12(40): 105-114.
  19. Mofidipoor, N., V. Brady Sheikh, M. Ownegh and A. Sydaldyn. 2011. Investigating relationship between meteorological and hydrological droughts in Atrak Watershed. Journal of Watershed Management Research, 3(5): 16-26 (in Persian).
  20. Mohammed, R. and M. Scholz. 2016. Impact of climate variability and streamflow alteration on groundwater contribution to the baseflow of the Lower Zab River (Iran and Iraq). Environmental Earth Sciences, 75(21): 1-11.
  21. Mozafari, G.H. 2006. Unconformity in meteorological and hydrological drought in two neighboring basin at north mountain slope of Shirkoh Yazd. Journal of Spatial Planning, 10(2): 173-190 (in Persian).
  22. Nathan, R.J. and T.A. McMahon. 1990. Evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses. Water Resources Research, 26(7): 1465-1473.
  23. Nohegar, A., Ghashghaeizadeh, M. Heydarzadeh and M. Pannahi. 2016. Assessment of drought and its impact on surface and groundwater resources, case study: River Basin Minab. Journal of Researches in Earth Sciences, 7(3): 28-43.
  24. Porhemmat, M., J. Porhemmat and M. Mirzaee. 2020. Investigation on drought impact on the depletion of spring discharge in western parts of Iran. Watershed Engineering and Management, 12(4): 1040-1054 (in Persian).
  25. Rorabaugh, M.I. 1964. Estimating changes in bank storage and ground-water contribution to streamflow. International Association of Hydrological Sciences, 63: 432–441.
  26. Smakhtin, V.U. 2001. Low flow hydrology: a review. Journal of Hydrology, 240(3): 147-186.
  27. Soleimani Sardou, F. and A. Bahramand. 2014. Hydrological drought analysis using SDI Index in Halilrud Basin of Iran. Environmental Resources Research, 2(1): 47-56 (in Persian).
  28. Tigkas, D., H. Vangelis and G. Tsakiris. 2012. Drought and climatic change impact on streamflow in small watersheds. Science of the Total Environment, 440: 33-41.
  29. Vicente-Serrano, S.M. and J.I. Lopez-Moreno. 2005. Hydrological response to different time scales of climatological drought: an evaluation of the Standardized Precipitation Index in a mountainous Mediterranean basin. Hydrology and Earth System Sciences, 9: 523-533.
  30. Yoshida, T. and P.A. Troch. 2016. Convolution of volcanic catchments in Japan. Hydrology and Earth System Sciences, 20: 1133-1150.
  31. Zheng, H., L. Zhang, C. Liu, Q. Shao and Y. Fukushima. 2007. Changes in stream flow regime in headwater catchments of the Yellow River Basin since the 1950s. Journal of Hydrological Process, 21(7): 886–893.
مهندسی و مدیریت آبخیز
دوره 14، شماره 2
تیر 1401
صفحه 156-167
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار