|
تحلیل همبستگی چندمقیاسی و واریانس موجکی سری زمانی بارش و جریان رودخانه خرم‌آباد
|
حمید میرهاشمی*   |
|
|
|
چکیده: (430 مشاهده) |
مقدمه
به‌رغم تأثیرپذیری شدید جریان رودخانه از مقدار و ماهیت بارشی که در حوزه آبخیز رودخانه اتفاق می‌افتد، اما رابطه بین این دو متغیر هیدرو ـ اقلیمی به خصوص در حوزه‌های مناطق کوهستانی از دینامیک پیچیده‌ای در دامنه بسامد و شدت برخوردار است. این دینامیک پیچیده نه تنها به سبب دخالت مؤلفه‌های متعدد طبیعی و انسانی بوده که هرکدام از رفتار چندمقیاسی متفاوتی برخوردارند، بلکه ناشی از تغییر این مؤلفه‌ها در طی زمان نیز است. به این ترتیب که همگام با تغییر این مؤلفه‌ها، شدت اندرکنش و تاثیر آن‌ها در حوزه آبخیز دستخوش تغییر شده و دینامیک رفتاری جریان رودخانه نیز متحمل تغییر می‌شود. از این گذشته، بارش به عنوان مهمترین عامل محرک جریان رودخانه به شمار می‌رود که متأثر از سازوکارهای متفاوتی است که هرکدام از این سازوکارها در افق زمانی متفاوتی فعال‌اند. چنین سازوکارهای متفاوتی موجب شده‌اند که سری زمانی بارش ضمن دارا بودن رفتاری پیچیده و ناایستا از رفتاری چندمقیاسی نیز برخوردار باشد. به طوری که شدت و زمان پاسخ جریان رودخانه نسبت به مقدار بارش ضمن آنکه از یک الگوی کلی و خطی پیروی نمی‌کند بلکه در مقیاس‌های زمانی مختلف، الگوهای متفاوتی را نشان می‌دهد. با این تفاسیر، سری زمانی بارش و جریان رودخانه حاوی نوسان‌های کوچک و بزرگی هستند. بنابراین هدف از انجام این مطالعه عبارت از 1- شناسایی نوسان‌های بارش و جریان رودخانه خرم‌آباد در مقیاس‌های زمانی مختلف. 2- آشکارسازی سهم هرکدام از افق‌های زمانی کوچک ـ بزرگ در تعیین واریانس جریان رودخانه و بارش روزانه.
مواد و روش‌ها
در این پژوهش از دو دسته داده شامل داده‌های بارش روزانه ایستگاه سینوپتیک خرم‌آباد (2016-1961) و داده‌های دبی روزانه ایستگاه دبی‌سنجی چم انجیر واقع در پایاب حوزه آبخیز رودخانه خرم‌آباد (2016-1961) استفاده شد. همچنین به منظور انجام این پژوهش از نسخه اصلاح‌شده تبدیلات موجک گسسته (DWT) تحت عنوان تبدیل موجک گسسته با بیشینه همپوشانی (MODWT) استفاده شد. بنابراین در این مطالعه جهت تحلیل چندنمایشی موجکی (تحلیل نوسان‌ها)، تحلیل واریانس موجکی و شناسایی رابطه دینامیکی و همبستگی چندمقیاسی بین سیگنال بارش و جریان روزانه رودخانه خرم‌آباد از رویکرد موجک گسسته با بیشینه همپوشانی بر پایه تابع موجک مادر سیملت4 (sym4) استفاده شد. بدین‌ترتیب که سری زمانی بارش و جریان رودخانه با استفاده از MODWT به 11 سطح مقیاسی تجزیه شدند. شایان ذکر است که از تجزیه سیگنال توسط MODWT، دو گونه ضریب شامل ضرایب موجکی (جزییات (D)) و ضرایب مقیاسی (کلیات (S)) حاصل می‌شود. ضرایب مقیاسی نشان‌دهنده ضرایب تبدیل موجک با تفکیک بالا (بسامد پایین) هستند که روند کلی و هموار را در سری زمانی بارش و جریان رودخانه نشان می‌دهند. در مقابل، ضرایب موجکی (بسامد بالا) اطلاعات جزیی روندها و تناوب‌های معینی از سری‌های زمانی هیدرولوژیکی را ارائه می‌دهند. هر مؤلفه D یک دوره زمانی معین یا مقیاس زمانی مشخصی را نشان می‌دهد.
نتایج و بحث
تحلیل چندنمایشی سیگنال بارش و جریان رودخانه از یک تا 13 سطح تجزیه موجکی نشان از سیمای بسیار مشخص نوسان‌های نیم‌سال نسبت به سایر مقیاس‌های زمانی دارد. همچنین به‌رغم نوسانی‌تر بودن سیگنال بارش در مقیاس‌های زمانی روزانه تا دوماهه نسبت به سیگنال جریان رودخانه، اما برخی از نقاط اوج آن‌ها متناظر باهم هستند. این نقاط اوج نشان‌دهنده سیلاب و بارش‌های سنگینی هستند که در مقیاس روزانه اتفاق افتاده‌اند: از سویی نوسان‌های بسیار متمایزی با چرخه‌های 11 و 22 ساله در سیگنال آن‌ها شناسایی شد که به ترتیب متناظر با چرخه‌های شناخته‌شده تعداد لکه‌های خورشیدی و چرخه هیل هستند. نتایج حاصل از تجزیه واریانس این دو پدیده تا 11 سطح تجزیه موجکی نشان از شباهت کلی رفتار واریانس موجکی آن‌ها در مقیاس های زمانی روزانه تا چند ساله دارد اما آهنگ تغییر واریانس جریان رودخانه به ازای افزایش مقیاس زمانی، متفاوت از آهنگ تغییر بارش است. از سویی، بیشترین تغییرپذیری بارش به مقیاس روزانه (85 درصد از کل واریانس) اختصاص دارد. در صورتی که بیشترین تغییرپذیری جریان رودخانه به صورت یک جریان حدی مطلق در چرخه سالانه قرار دارد. بنابراین، نوسان‌های سریع و متوسط، به ترتیب سهم بسیار مهمی در تغییرپذیری سیگنال بارش و جریان روزانه رودخانه خرم‌آباد برعهده دارند. همبستگی موجکی بین بارش و جریان رودخانه در مقیاس‌های زمانی مختلف یک رابطه مثبت معنادار در سطح اعتماد 99 درصد بین این دو متغیر را نشان می‌دهد.
نتیجه گیری
با تجزیه موجکی واریانس کلی سیگنال بارش و جریان رودخانه خرم‌آباد مشخص شد که شدت تغییرپذیری این دو پدیده متناسب با تغییر مقیاس زمانی به شدت تغییر می‌کنند. به طوری که شدیدترین نوسان‌های بارش و جریان رودخانه به ترتیب در مقیاس روزانه - ماهانه و سالانه اتفاق می‌افتند. بنابراین نوسان‌های جریان رودخانه به‌رغم آنکه متأثر از نوسان‌های بارش است اما به طور شدیدی از سازوکارهایی تأثیر می‌پذیرد که در مقیاس‌های زمانی 6-8 ماهه با چرخه سالانه عمل می‌کنند. همچنین در مقیاس‌های زمانی چندساله نیز نقاطی از مقادیر بالا در نوسان بارش و جریان رودخانه آشکار شدند که چرخه سینوسی را نشان می‌دهند. این نقاط نوسانی در دوره‌های زمانی 11 و 22 ساله وجود دارند. به طورکلی، نتایج این مطالعه نشان داد که بارش و جریان رودخانه خرم‌آباد از نوسان‌های روزانه، هفتگی، ماهانه، سالانه و چندین ساله برخوردارند که این نوسان‌ها نقش مهمی در چگونگی رابطه بین بارش و جریان رودخانه ایفا می‌کنند. چنانکه رابطه بین بارش و جریان این رودخانه از الگوی چندمقیاسی برخوردار بوده که در صورت تجزیه سیگنال‌های آن‌ها می‌توان چرخه‌های این نوسان‌ها که در ساختار کلی سیگنال گاهاً به صورت نویزی و بی‌نظم هستند را استخراج کرد و به این ترتیب ضمن شناسایی آن‌ها به سازوکار ایجادکننده آن‌ها نیز آگاهی پیدا کرد. |
شماره‌ی مقاله: 4 |
| واژه‌های کلیدی: بارش، چندنمایشی، موجک، نوسان. |
|
|
متن کامل [PDF 1383 kb]
(173 دریافت)
|
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1401/8/28 | پذیرش: 1402/5/15 | انتشار: 1403/3/17
|
|
|
|
|
|
|
| ارسال پیام به نویسنده مسئول |
|
|
|
| ارسال نظر درباره این مقاله |
|
|
|
