تغییرات آب و هوا منجر به نگرانی در مورد افزایش سیلاب های رودخانه ای شده است که ناشی از ظرفیت بیشتری برای نگهداری آب در یک جو گرم است. این نگرانی ها با شواهدی مبنی بر افزایش خسارت های اقتصادی ناشی از سیل در بسیاری از نقاط جهان، از جمله اروپا تقویت می شود. هرگونه تغییر در سیلاب رودخانه می تواند پیامدهای ماندگار در طراحی اقدامات حفاظت از سیلاب و پهنه بندی خطر سیل داشته باشد. با این حال، مطالعات موجود قادر به شناسایی یک سیگنال تغییر آب و هوایی در مقیاس قاره پایدار در مشاهدات تخلیه سیل در اروپا نیستند، به دلیل محدود بودن فضای مکانی و تعداد ایستگاه های هیدرومتریک. در اینجا ما الگوهای آشکار منطقه ای از افزایش و کاهش در سیلاب رودخانه مشاهده شده در پنج دهه گذشته در اروپا را نشان می دهیم، که مظاهر تغییر آب و هوا هستند. نتایج ما که از کاملترین بانک اطلاعاتی سیل اروپا تاکنون ناشی شده است حاکی از آن است که: افزایش بارندگی پاییز و زمستان منجر به افزایش سیل در شمال غربی اروپا شده است. کاهش بارندگی و افزایش تبخیر منجر به کاهش سیلاب در حوضه آبریزهای متوسط ​​و بزرگ در جنوب اروپا شده است. و کاهش پوشش برف و ذوب برف، ناشی از درجه حرارت گرمتر، منجر به کاهش سیل در شرق اروپا شده است. روند تخلیه سیل منطقه ای در اروپا از حدود 11 درصد در هر دهه به 23 درصد کاهش می یابد. علیرغم ناهمگونی مکانی و زمانی رکورد مشاهده، تغییرات سیلاب مشخص شده در اینجا با طرح های مدل اقلیمی برای قرن آینده که سازگار است، نشان می دهد تغییرات آب و هوایی در حال حاضر اتفاق می افتد و الزام به رسیدگی تغییرات آب و هوا در مدیریت ریسک سیل وجود دارد.

سیلاب رودخانه یکی از پرهزینه ترین خطرات طبیعی است. ضرر متوسط جهانی سالانه 104 میلیارد دلار تخمین زده می شود و انتظار می رود با رشد اقتصادی، شهرنشینی و تغییر اقلیمی افزایش یابد. استدلال های فیزیکی از افزایش بارندگی شدید ناشی از افزایش ظرفیت نگه داشتن آب در جو گرم و بروز سیل های زیاد، نگرانی های مربوط به افزایش بزرگی سیل را تشدید کرده است. با این حال، مشاهدات از وقایع شدید فردی لزوماً دلالت بر این ندارد که روند آماری بلند مدت تخلیه سیل نیز در حال افزایش است.

در اروپا، یک سیگنال تغییر آب و هوایی در سیلاب ها در طی پنج دهه گذشته در رابطه با تغییر زمان وقوع سیل در سال نشان داده شده است. به عنوان مثال، در شمال شرقی اروپا، دمای هوای گرم باعث سیلاب زودرس برف در بهار شده است. با این حال، تغییرات در تخلیه سیل هنوز هم مورد بحث است زیرا هیچ مدرک مشاهده ای در مقیاس بزرگ تاکنون در مقیاس قاره به دلیل محدود بودن فضای مکانی و تعداد ایستگاه های هیدرومتریک موجود نیست. مطالعات متعدد به افزایش دبی سیلاب در غرب اروپا در پنج دهه گذشته اشاره دارد. یافته های آنها شامل روند صعودی سیلاب در 15٪ از ایستگاه ها، افزایش 44٪ در بروز سیل های شدید و افزایش قابل توجه در وقوع سیل های مهم در حوضه های متوسط است. با این حال، این مطالعات کاملاً نماینده اروپا نیستند زیرا ایستگاه ها عمدتا در اطراف غرب اروپا قرار دارند.

در اینجا ما جامع ترین مجموعه داده های مشاهدات سیل در اروپا را تجزیه و تحلیل می کنیم و نشان می دهیم که تغییر آب و هوا باعث افزایش دبی رودخانه در برخی از مناطق اروپا شده اما در برخی دیگر سیل را کاهش داده است. ما تجزیه و تحلیل خود را در مشاهدات تخلیه رودخانه از 3738 ایستگاه سنجش برای دوره 1960–2010 پایه گذاری می کنیم. محدوده حوضه آبریز بین 5 کیلومتر مربع و 100،000 کیلومتر مربع است. برای هر ایستگاه، ما یک سری از اندازه گیری ها را شامل می کنیم که بالاترین میزان تخلیه قله ثبت شده در هر سال تقویم و حداکثر جریان اوج سالانه است. روند موجود در هر سری را با استفاده از برآوردگر شیب تیل-سن تخمین زده ایم، اهمیت آماری را با استفاده از آزمون مان- کندال آزمایش کرده و روند منطقه ای را با درون یابی مکانی تخمین زده ایم. ما همچنین با استفاده از یک فیلتر متوسط ​​ده ساله متحرک، سیر تحولات طولانی مدت سیل ها را گرفتیم. سرانجام، ما با روشی مشابه سیگنال تغییر سه عامل محتمل سیل را تجزیه و تحلیل کردیم: حداکثر میزان بارندگی هفت روزه سالانه، بالاترین میزان رطوبت ماهانه خاک در هر سال، و بهار (ژانویه تا آوریل) میانگین دمای هوا به عنوان یک پروکسی برای انتقال برف و بارش برف در تبدیل به باران. ما با مقایسه الگوهای تغییر آنها و استفاده از ضرایب همبستگی رتبه اسپیرمن، سازگاری بین تغییرات در این عوامل و تغییرات سیل را بررسی کردیم.

شکل 1 | روند منطقه ای مربوط به تخلیه سیلاب رودخانه در اروپا (2010–2010). آبی نشان دهنده افزایش دبی سیلاب است و قرمز حاکی از کاهش دبی سیلاب (درصد تغییر از میانگین دبی سالانه سیل در هر دهه) است. شماره 1-3 مناطق با درایور مجزا را نشان می دهد. 1 ، شمال غربی اروپا: افزایش بارندگی و رطوبت خاک. 2 ، جنوب اروپا: کاهش بارندگی و افزایش تبخیر. 3 ، اروپای شرقی: ذوب برف در حال کاهش و زودرس است. این روند مبتنی بر داده های 2،370 ایستگاه هیدرومتریک است. برای عدم اطمینان ، داده های توسعه یافته شکل 2b را ببینید.

داده های ما الگوی منطقه ای روشنی در روند سیلاب در سراسر اروپا را نشان می دهد (شکل 1). نسبت به میانگین دبی سیل در طی سال های 2010–2010، روند منطقه ای از افزایش 11.4٪ تا کاهش 23.1٪ در هر دهه را برخوردار است (شکل 1). عدم قطعیت در مورد روند منطقه ای (داده های گسترده شکل 2b) نسبت به سیگنال فضایی اندک است (به طور معمول بین 1 تا 2 درصد در هر دهه). روند محلی (گسترش داده های شکل 2a) در ایستگاه ها از افزایش 8.17٪ تا کاهش 8.28٪ در میانگین ایستگاه بلند مدت در هر دهه برخوردار است. الگوهای مکانی روندها به سه منطقه اصلی طبقه بندی می شوند. در شمال غربی اروپا (شکل 1، منطقه 1)، حدود 69٪ از ایستگاه ها روند افزایشی سیل (جدول داده های گسترده 2a) را نشان می دهند که میانگین محلی آن 2.3٪ در هر دهه است. در جنوب اروپا (شکل 1، منطقه 2)، حدود 74٪ از ایستگاه ها روند کاهشی را نشان می دهند، با یک روند متوسط ​​منطقه ای 5٪ در هر دهه. در اروپای شرقی (شکل 1، منطقه 3)، حدود 78٪ از ایستگاه ها روند نزولی سیل را با متوسط ​​کاهش در هر دهه را نشان می دهند. در شمال اسکاندیناوی و شمال غربی روسیه روند کمتری را نشان می دهد.

برای تفسیر این تغییرات، ما بر هفت کانون تغییر متمرکز شده ایم، که روند سیل به خصوص واضح است و روند سیل به طور گسترده ای مشابه است (داده های توسعه یافته شکل 2). از آنجا که سیل ناشی از تعامل بین بارش، رطوبت خاک و ذوب برف است، ما تحول زمانی این عوامل را با استفاده از دمای هوا به عنوان جایگزینی برای ذوب برف تجزیه و تحلیل کردیم و آن را با سیل ها مقایسه کردیم (داده های توسعه یافته شکل 4a-g). بسته به منطقه، برخی از این عوامل می توانند در توضیح تغییرات سیل از سایرین مهم تر باشند.

در شمال انگلستان، سیل عمدتاً ناشی از باران های زمستانی مرتبط با رطوبت بالای خاک است (داده های گسترده شکل 4a). بنابراین افزایش دبی سیل از نزدیک به دنبال افزایش بارندگی در زمستان و تا حدی میزان رطوبت خاک است (شکل 2a). این نیز با همبستگی مثبت و معنادار آماری بین متغیر زمانی تخلیه سیلاب و این دو عامل نشان داده شده است (ضریب همبستگی Spearman درجه R = 0.70 و 0.36، به ترتیب؛ جدول 1). در غرب فرانسه (شکل 2b)، جنوب آلمان و جمهوری چک غربی (شکل 2c) افزایش سیلاب نیز با افزایش بارندگی همراه است، اگرچه ارتباط با رطوبت خاک در انگلیس قوی تر است و نشان دهنده نقش مهم رطوبت خاک در تولید سیل در بهار و تابستان است(داده های توسعه یافته شکل 4a-c). در شمال ایبریا (شکل 2)، کاهش سیل عمدتا با کاهش بارندگی در زمستان ایجاد می شود، که با کاهش رطوبت خاک در ارتباط با افزایش تبخیر و تعرق تقویت می شود. به طور مشابه، در بالکان مرکزی (شکل 2) سیل در بیشتر دوره مطالعه به دلیل کاهش بارندگی و رطوبت خاک کاهش یافته است، اما به نظر می رسد که این روند در دهه 1990 برعکس شده است. در جنوب فنلاند (شکل 2f) و غرب روسیه (شکل 2 گرم)، سیل معمولاً در بهار رخ می دهد و ذوب برف نقش مهمی دارد. داده ها نشان می دهد که دمای هوا به شدت افزایش یافته است (بیش از 0.5 درجه سانتیگراد در هر دهه) و تخلیه سیل بهار و اوایل تابستان کاهش یافته است (R معادل 0.34- و 0.55-، به ترتیب؛ جدول 1)، منعکس کننده بسته های برفی کم عمق، در اوایل ذوب بهار (داده های گسترده شکل 4f-g) و کاهش ذوب برف.

در شمال غربی اروپا (شکل 1، منطقه 1)، افزایش در بارش شدید (شکل 2a-c، داده های گسترده شکل 5b) مربوط به جابجایی های قطب جنوب جت زیر قطبی و مسیرهای طوفان وابسته مشاهده شده از دهه 1970 است، که با مراحل مثبت شایع بیشتر نوسانات آتلانتیک شمالی و گرم شدن قطبی همراه بوده اند. رابطه تغییرپذیری نوسانات آتلانتیک شمالی با گرم شدن قطبی هنوز مورد بحث است. سیل در کانون های شمالی انگلستان از نزدیک با افزایش بارندگی همگام است، و در نتیجه میانگین روند تخلیه سیل 6.6٪ + است (جدول داده های گسترده 2c).

در جنوب اروپا (شکل 1، منطقه 2) تغییر جهت شمال جت نیمه گرمسیری و مسیرهای طوفان مرتبط که ناشی از گسترش سلول هادلی است، به کاهش بارندگی منجر شده است، که همراه با افزایش تبخیر و تعرق مربوط به دمای گرمتر رطوبت خاک را تا حدود 5٪ در هر دهه به طور قابل ملاحظه ای کاهش داده است (شکل داده های گسترده 5b، 6b، 7b). اثر ترکیبی منجر به کاهش دبی سیلاب در حوضه های تجزیه و تحلیل شده در اینجا شده است. حوضه های کوچک چند کیلومتر مربعی در مجموعه داده ها درج نشده اند (اندازه متوسط ​​حوضه منطقه 2 در حدود 400 کیلومتر مربع است)، زیرا آنها معمولاً مورد بررسی قرار نمی گیرند یا سری سیلاب ها برای تجزیه و تحلیل روند کوتاه هستند. در حوضه های کوچک، طوفان های همرفتی محلی کوتاه مدت با شدت زیاد برای تولید سیل نسبت به طوفان های سینوپتیک طولانی مدت، که در حوضه آبریزهای متوسط ​​و بزرگ موجود در داده ها ایجاد می شوند، بیشتر اهمیت دارند. انتظار می رود طوفان های همرفت محلی در آب و هوای گرم افزایش یابد، به این معنی که سیلاب در حوضه های کوچک ممکن است در واقع افزایش یافته باشد. علاوه بر این، تراکم خاک، تراس های متروکه و تغییر پوشش زمین ممکن است باعث افزایش دبی سیلاب در حوضه های کوچک شود. تفاوت در اندازه حوضه آبریز ممکن است ناسازگاری آشکار بین وقوع سیل های متعدد در حوضه های کوچک در جنوب اروپا در سالهای اخیر و روند نزولی در شکل 1 را توضیح دهد.

در کلیه مناطق به جز جنوب اروپا، افزایش بارندگی شدید (شکل 2a-c، f، g، داده های گسترده شکل 5b) به افزایش انسداد جوی همراه با کاهش اختلاف فشار بین گرینلند و بالتیک مربوط می شود، که باعث کاهش سرعت می شود. جریان پویا (غرب-شرق) و احتمال ایستادن امواج سیاره ای را افزایش داد. با این وجود، فقط در شمال غربی اروپا (شکل 1، منطقه 1) افزایش بارندگی شدید منعکس شده در افزایش تخلیه سیل ها است، زیرا طوفان های زمستانی در آن منطقه باعث سیلاب های زمستانی می شوند. که ذوب برف برای تولید سیل از اهمیت بیشتری برخوردار است.

در اروپای شرقی، دمای هوا بهار تا 1 درجه سانتی گراد در هر دهه افزایش یافته است (داده های توسعه یافته شکل 6b). این امر باعث شده است که پوشیده از برف بهاری بسیار کمتر، تغییر بارش برف به باران هنگام دمای هوا در حدود صفر، بسته های برف کم عمق، ذوب برف زودرس، احتمالاً افزایش نفوذ ناشی از عمق انجماد کم عمق، و در نتیجه سیل های کوچکتر، حتی اگر بارش شدید در تابستان افزایش یافته است متوسط ​​روند جاری شدن سیل در کانون های غربی روسیه 18.2٪ است (جدول داده های گسترده 2c). با توجه به دمای پس زمینه سردتر (داده های توسعه یافته شکل 6a) و برف بزرگ تر در شمال غربی روسیه، افزایش دما هنوز الگوهای ذوب برف را تغییر نمی دهد و از این رو سیل ها را کاهش نمی دهد (شکل 1).

شکل 2 | تکامل موقتی طولانی مدت تخلیه های سیلاب و عوامل آنها برای هفت کانون در اروپا. الف ، انگلستان شمالی؛ ب ، غرب فرانسه؛ ج ، جنوب آلمان و جمهوری چک غربی؛ د ، ایبریای شمالی؛ ه ، بالکان مرکزی؛ f ، فنلاند جنوبی؛ گرم ، غرب روسیه. داده ها نشان دهنده سیلاب های مشاهده شده (سبز) ، حداکثر بارش هفت روزه (بنفش) ، حداکثر رطوبت ماهانه خاک (آبی) و میانگین دمای هوا بهار (نارنجی) است. خطوط یکسره نوارهای متوسط و سایه دار نشان دهنده تغییرپذیری مکانی در نقاط مهم (صدک های 25 و 75) است. همه داده ها به یک فیلتر متوسط 10 ساله متحرک قرار گرفتند. محورهای عمودی در گوشه بالا سمت راست نشان داده شده است.

در حالی که مطالعات قبلی روی چند حوضه آبریز متمرکز شده است و یا در اطراف غرب اروپا طبقه بندی شده بودند، این مطالعه یک چشم انداز قاره، فراهم می کند که تجزیه و تحلیل فرآیندهای آب و هوایی که خود را در مقیاس بزرگتر نشان می دهد بدست می دهد. با این حال، مطالعات مقیاس محلی یا ملی جدا شده، به طور گسترده با یافته های ما سازگار است.

نتایج ما پیامدهایی برای مدیریت خطر سیلاب در حوضه آبریزهای متوسط ​​دارد. روندهای نشان داده شده در شکل 1 تخمین تغییرات در متوسط ​​دبی سیل سالانه است. از آنجا که میانگین سیل سالانه و شدیدترین سیل معمولاً همبستگی نزدیکی دارند، روند مشابهی را می توان برای تخلیه سیل 100 ساله نیز پیش بینی کرد، که اغلب معیار طراحی کلیدی در مدیریت ریسک سیل است. در شمال غربی اروپا (شکل 1، منطقه 1) میزان تخلیه سیلاب در هر حوضه آبریز واحد (تخلیه خاص سیل) به طور کلی زیاد است (شکل 3). به عنوان مثال، در سواحل غربی جزایر بریتانیا و ایرلند و نروژ، میزان تخلیه سیل 100 ساله خاص در طول دوره 1960–2010 در حدود 0.9 متر مکعب در ثانیه 1 کیلومتر مربع (شکل 3) بود که سیلاب ها در آن 5٪ در هر دهه افزایش می یافت. با این حال، در شرق اروپا (شکل 1، منطقه 3)، تخلیه خاص سیل نسبتاً اندک است (شکل 3) و احتمالاً در یک تغییر آب و هوا کوچکتر می شوند. به عنوان مثال، در کشورهای بالتیک، جنوب لهستان و اوکراین، میزان تخلیه 100 ساله سیل حدود 0.9 متر مکعب در هر ثانیه در هر کیلومتر مربع در صورت کاهش مشاهده شده در حدود 5٪ به مقدار 0.075 متر مکعب در هر ثانیه در هر کیلومتر مربع کاهش می یابد. در هر دهه و بیش از 50 سال آینده ادامه دارد. در جنوب اروپا، حتی اگر میزان تخلیه سیلاب در حوضه آبریزهای متوسط ​​و بزرگ کاهش یابد، تخلیه ها به دلیل نزدیکی به دریای مدیترانه و حوادث سنگین بارندگی مرتبط هنوز به طور کلی زیاد هستند (شکل 3). سیلاب در حوضه های کوچک ممکن است در نتیجه افزایش توفان های همرفتی و تغییر کاربری اراضی افزایش یابد.

جدول 1 | ضریب همبستگی Spearman کانون سری سالانه تخلیه سیل و عوامل آنها

افزایش دبی سیل دلالت بر این دارد که 100 سال تخلیه سیل 5 دهه قبل اکنون دارای دوره بازگشت کوتاه تر از 100 سال است. یعنی احتمالاً بیش از یک بار در 100 سال تخلیه آن صورت می گیرد. در شمال غربی اروپا، آنچه در سال 1960 سیل 100 ساله رخ داده بود، اکنون به طور معمول تبدیل به یک تخلیه سیل 50 تا 80 ساله شده است (داده های توسعه یافته شکل 8)، به طور بالقوه سطح حمایت های ارائه شده توسط ساختارهای دفاعی سیلاب موجود را کاهش می دهد. در شرق اروپا، تخلیه سیل 100 ساله اکنون به یک تخلیه سیل 125 تا 250 سال تبدیل شده است، که باعث می شود سازه ها از نظر اقتصادی ارزش کمتری داشته باشند. اگرچه در شکل 3 و داده های گسترده شکل 8 یک بررسی اجمالی قاره ای ارائه شده است، آنها جایگزین مطالعات مقیاس ملی و محلی نیستند، که ممکن است اطلاعات دقیق تری در دسترس باشد.

شکل 3 | تخلیه ویژه سیل 100 ساله در اروپا. نقاط بزرگتر نشانگر فاصله اطمینان 90٪ کمتر از 60٪ تخمین است.

لازم به ذکر است که روند سیل مشاهده شده در اینجا لزوماً به آینده بر نمی گردد، زیرا ممکن است جایگزین تغییرات مداوم در زمان مربوط به تغییر اقلیم باشد. همچنین، به دلیل اینکه روند به دوره مشاهده بستگی دارد، در صورت تمدید مدت زمان مشاهده، ممکن است متفاوت باشند. با این حال، مناطقی که دارای یک سیگنال تغییر اقلیمی متمایز در سیلاب های مشاهده شده در اینجا هستند، با تغییرات سیل پیش بینی شده در اروپا کاملاً هماهنگ هستند. بیشتر پیش بینی ها برای پایان قرن بیست و یکم حاکی از افزایش سیلاب در (شمال) غرب اروپا به دلیل افزایش بارندگی و کاهش سیلاب در شرق و شمال اروپا به دلیل افزایش دما است. از این رو، تغییرات در مقادیر تخلیه سیل در حال حاضر در حال انجام است، که به اعتبار چنین پیش بینی هایی می افزاید و نیاز به محاسبه برای تغییرات ناشی از آب و هوا در مدیریت ریسک سیل را پشتیبانی می کند.

دانلود اصل مقاله

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح