نقش گازهای گلخانه‌ای در نوسانات دبی کشکان‌رود

مقدمه

رودخانه­ها که مهم­ترین منابع تأمین آب در مناطق شهری و روستایی کشور هستند، کم و بیش تحت تأثیر  تغییر اقلیم و گرمایش جهانی ناشی از آن قرار می­گیرند. در این گرمایش بیش از 20 گاز دخالت دارند که سهم چند گاز از جمله گازهای دی اکسیدکربن (₂CO) و متان (4CH)، که گازهای گلخانه­ای نامیده می­شوند، بیش از سایر گازهاست. بیشترین تأثیرات گرمایش گلخانه­ای به تغییرات اقلیم و تغییر در الگوهای بارندگی و دمای کره زمین مربوط است و آثار این بی­نظمی­ها از هم اکنون آشکار شده است (خورشیددوست و قویدل رحیمی، 1384: 2). شواهد نشان می­دهند که اکثر تغییرات آب و هوای کره زمین در نتیجه فعالیت­های بشری، به­خصوص در چند دهه اخیر بوده است (پرایس و همکاران، 1999: 85). گرمایش جهانی نتیجه وارد شدن مقدار بسیار زیادی از گازهای گلخانه­ای در اتمسفر زمین است (بارکر و رُز، 1999: 1217). این گازها به امواج بلند زمینی حساس­اند و آن‌ها را جذب و به گرما تبدیل، و در واقع گرما را در سطح زمین حبس می­کنند (پارک، 2001: 257). در نتیجه انتظار می­رود که درجه حرارت زمین افزایش یابد و در چرخه آب در طبیعت تغییرات اساسی ایجاد شود و الگوی بارندگی و در نتیجه دبی حوضه­های آبخیز مناطق مختلف دچار نوسان شده و تغییر یابد (خسروی و نظری­پور، 1389: 5). این گازها توانایی جذب انرژی گرمایی بازتابی از سطح زمین را دارند لذا می­توانند موجب افزایش جذب انرژی گرمایی توسط جو شوند و در نتیجه اثر گلخانه­ای تشدید می­شود (روپاش و فریزر، 2011: 16). گرم شدن کره‌ زمین موجب کاهش برف در زمستان می­شود که بر الگوی فصلی جریان آب رود خانـه‌ها تأثیر می­گذارد. به این ترتیب تغییر الگوی بارش می­تواند بر کلیه فعالیت­هایی که از آب استفاده می­کنند، تأثیر منفی داشته باشد (تقدیسیان و میناپور،1382: 25). همان­طور که شکل 1 نشان می­دهد، گازهای دی اکسیدکربن و متان هم­چنان با روندی مثبت در حال افزایش هستند. این روند در گاز دی اکسیدکربن به­صورت خطی یکنواخت در حال افزایش است ولی گاز متان تا سال 1995 با شیبی تند و از سال 1995 به بعد با شیب ملایم­تری به­صورت لگاریتمی در حال افزایش است. قطعاً با افزایش روند صعودی این گازها، عناصر اقلیمی و هـیدرولوژیکی نیز دستخوش تغییر و تحول خواهـند شد. مطالعه در این زمینه می­تواند در مدیریت منابع آب، به­ویژه آب­های سطحی در منطقه کم بارانی نظیر ایران بسیار سودمند باشد.

در مورد تأثیر گازهای گلخانه­ای بر دبی رودها تحقیقاتی صورت گرفته است. از جمله میشل (1989: 115) به این نتیجه رسیده است که با دو برابر شدن CO2، در مناطقی با عرض جغرافیایی بالا، به­طورکلی میزان بارندگی و روان­آب افزایش می­یابد ولی در مناطق با عرض جغرافیایی کم، بارندگی متناسب با منطقه افزایش یا کاهش نشان می­دهد هرچند که این افزایش و کاهش به­صورت محلی در مناطق مختلف از مدلی به مدل دیگر متفاوت است. فری و همکاران (1998: 1431) با شبیه­سازی افزایش گرمای پاییز با استفاده از مدل منطقه­ای آب و هوا در سراسر اروپا، به این نتیجه رسیدند که با افزایش دما تا 2 درجه سانتی­گراد، رطوبت 15 درصد افزایش خواهد یافت و در نتیجه بارش­های بیش از 30 میلی­متر افزایش چشم­گیری پیدا می­کند و به تبع آن نیز دبی رودها افزایش می­یابد. کِیلی (1999: 141)، تغییر اقلیم را در ایرلند با استفاده از داده­های بارش و دبی بررسی نموده و نتیجه­گیری کرده است که افزایش بارش و دبی رودخانه­های ایرلند در چند دهه اخیر با نوسان های فشار هوا در سطح اقیانوس اطلس شمالی ارتباط دارد. هم­چنین بارن و حق­النور (2002: 107) نیز در زمینه ارتباط نزدیک بین گرمایش جهانی و هیدرولوژی مطالعاتی صورت داده­اند. مانیب و همکاران (2004: 625) با شبیه­سازی تأثیر گرمایش جهانی بر تغییرات آبدهی رودخانه در عرض­های مختلف کره زمین­های به این نتیجه رسیدند که آثار این گرمایش در قطب شمال و نواحی استوایی به­صورت افزایش و در عرض­های میانه و مناطق گرمسیری به­صورت کاهش دبی بوده است. فوجی هارا و همکاران (2008: 33)، آثار تأثیر اقلیم بر حوضه رودخانه سیحون را بررسی کردند. نتایج آنان از افزایش درجه حرارت و به­دنبال آن کاهش بارش و در نتیجه کاهش دبی رودخانه سیحون حکایت می­کند. ژو و همکاران (2010: 256) در بررسی روند دما بارش و دبی در حوضه رودخانه تاریم در چین نشان دادند که ضمن افزایش بارش و دما در این حوضه، قسمت­های بالادستی حوضه آبخیز افزایشی و در قسمت­های پایین دستی دبی با کاهش روبه­رو بوده است. افزایش دما در مناطق کوهستانی باعث ذوب برف و یخ در فصل بهار شده و دبی را افزایش داده است و روند کاهشی دبی در مناطق دشتی را به­علت افزایش فعالیت­های انسانی و برداشت آب دانسته­اند. روپاش و فریزر (2011: 1)، با بررسی تغییر اقلیم نشان می­دهد که تغییرات اقلیمی باعث نوساناتی درمیزان برف و باران و به­خصوص کاهش برف نسبت به باران و هم­چنین تغییراتی در میزان رطوبت خاک، شدت و فراوانی طوفان­ها، روان­آب­ها، سیلاب­ها، طول خشکی و خشکسالی شده است. بوئیج و همکاران (2011: 696)، با شبیه­سازی اثر تغییر اقلیم بر دبی رودخانه نیل با استفاده از مدل GCM به این نتیجه رسیدند که تغییرات اقلیمی آثار چشمگیری بر آبدهی حوضه رود نیل داشته و آبدهی آن طی سال­های آتی را کاهش خواهد داد. هم­چنین تشی مانگا و هاگس (2012: 72) با بررسی آثار تغییر اقلیم بر منابع آب در حوضه کنگو با استفاده از مدل مقیاس جهانی GCM به این نتیجه رسیدند که در آینده­ای نزدیک مناطقی از کنگو که دارای آب و هوای گرمسیری یا استوایی هستند، با کاهش روان­آب مواجه خواهند شد.

در ایران نیز مطالعاتی در این زمینه انجام گرفته است. از جمله می­توان به پژوهش منتظری و فهمی (1382: 1) اشاره کرد که با استفاده از سناریوهای مختلف تغییر اقلیم به این نتیجه رسیدند که با بالا رفتن دما، تبخیر در اکثر حوضه­های رودخانه­ای در تمام سال افزایش می­یابد. در سی حوضه مورد مطالعه، افزایش دما در حدد 2 تا 6 درجه سانتی­گراد،‌ موجب افزایش در تبخیر به میزان 6 تا 12 درصد و موجب تغییر در بارش به میزان 71-78 شده است.مساح بوانی و مرید (1384: 40) اثر تغییر اقلیم بر جریان زاینده­رود اصفهان را مورد مطالعه قرار دادند. در این مطالعه، آثار ناشی از تغییر اقلیم بر روی دما، بارندگی و روان­آب در این حوضه تحت دو سناریوی اقلیمی و برای دو دوره سی ساله 2039-2010 و 2099-2070 میلادی، مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج مطالعه ایشان در مجموع، کاهش بارندگی و افزایش درجه حرارت در هر دو دوره و به خصوص در دوره دوم را نشان می­دهد به­طوری که در طی این دوره­ها، میزان کاهش بارندگی به­ترتیب 10 و 16 درصد برای دو سناریوی A2 و B2 پیش­بینی شد. آبابایی و همکاران (1390: 1)، به­کمک مدل بلندمدت روان­آب در 30 حوضه کشور نشان دادند که افزایش دما باعث افزایش حجم روان­آب در زمستان و کاهش حجم آن در بهار می­گردد. زیرا افزایش دما باعث تبدیل بارش برف به بارش باران می­شود و این امر فرآیند ذوب برف را تسریع می­کند. این مطالعات هم­چنین نشان دادند که افزایش دما، روان­آب حوضه­ها را تحت تأثیر قرار داده، تغییرات روان­آب حاصل از بارندگی را کاهش می­دهد. وفاخواه و همکاران (1391: 77)، با تحلیل روند بارش و دبی حوضه کشف­رود در 13 ایـستگاه هیدرومتری به این نتیجه رسـیدند که مقدار دبی در هیچ­یک از ایستگاه­های مورد مطالعه روند افزایشی مشاهده نشد به­طوری که در دو ایستگاه بدون روند و در سایر ایستگاه­ها دبی دارای روندی کاهشی بوده ­است. اسفندیاری درآباد و همکاران (1392: 43) با بررسی تأثیر گرمایش جهانی بر ناهنجاری دبی حوضه رود ارس به این نتیجه رسیدند که ارتباط معکوس و نیرومندی بین گرمایش جهانی با آبدهی حوضه ارس وجود دارد. این فرایند، به­خصوص از سال 1994 به بعد آشکار است و با افزایش گرمایش جهانی آبدهی حوضه ارس، کاهش چشمگیری از خود نشان می­دهد. تغییرات آبدهی حوضه ارس روند کاهنده آن طی بازه زمانی بلندمدت را نشان می­دهد که ارتباط آن با گرمایش جهانی دارای همبستگی معکوس برابر با 68/0- درصد با ضریب تعیین 46/0 است. شریفیان و حبیبی (1392: 1) با بررسی اثر تغییر اقلیم بر روند تغییرات منابع آب سطحی در بخشی از حوضه­های استان گلستان به این نتیجه رسیدند که مقادیر دبی سالانه ایستگاه­ها دارای روندی نزولی در دو دهه اخیر بوده است. هم­چنین بر اساس دیگر نتایج به­دست آمده از این تحقیق مشخص شده است که دبی فصلی در فصول بهار، زمستان و پاییز، کاهش داشته است ولی دبی فصل تابستان با افزایش آبدهی همراه بوده است. طولابی­نژاد (1392: 1) با بررسی ارتباط آماری گازهای ­گلخانه­ای دی اکسیدکربن، متان، اکسید نیتروژن و هگزافلورایدگوگرد با بارش سراسر ایران به این نتیجه رسید که تأثیرپذیری مقادیر مختلف بارش ایران دارای تفاوت­های مکانی و زمانی است و این تأثیر در مناطق غربی و شمالی کشور در ماه­های اکتبر تا مارس و فصول پاییز و زمستان از نوع کاهش و در مناطق شرقی کشور از نوع افزایش بارش نمایان است. تأثیر این گازها بر بارش ماه­های خشک، فصل تابستان و اواخر بهار در مناطق شرق و جنوب شرقی کشور از نوع کاهش بارش خود را به خوبی نمایان کرده است. از میان سایر ایستگاه های کشور، بارش ایستگاه های ایلام، کرمانشاه، گرگان، خرم آباد و مشهد به ترتیب با 8/51، 3/51، 1/46، 5/49 و 2/59 درصد بیشترین تاثیر را از این گازها پذیرفته­اند.

بررسی داده‏های هیدرولوژیکی و هواشناسی چند دهه اخیر نشان می‏دهد که گرمایش جهانی آثار قابل توجهی بر منابع آب و حوضه­های آبخیز داشته است. در نتیجه این فعل و انفعالات؛ میزان روان­آب­ها و دبی رودخانه­ها با کاهش محسوسی روبه­رو بوده است و پیامدهای مخرب آن در آینده­ای نزدیک نه تنها گریبان دنیا را خواهد گرفت، بلکه منابعِ آبِ کشورِ خشک و کم­بارانی نظیر ایران را نیز با خطرات جدی مواجه خواهد کرد. با توجه به اهمیت حیاتی این موضوع، تحقیق حاضر در راستای بررسی آماری ارتباط گازهای گلخانه­ای به عنوان عناصر گرمایش جهانی با ناهنجاری­های دبی کشکان­رود در ایستگاه هیدرومتری پل­دخترِ لرستان به انجام رسید.

موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه، حوضه آبخیز کشکان از زیرحوضه­های آبریز کرخه است که از طول جغرافیایی ¢10 °47  تا °49 درجه شرقی و از عرض جغرافیایی¢02 °33 تا ¢03 °34 درجه شمالی گسترده شده است. این حوضه بیش از یک سوم خاک استان لرستان یعنی حدود 9560 کیلومترمربع را دربرمی‌گیرد که شهرستان‌های خرم‌آباد، کوهدشت، الشتر و پلدختر داخل آن قرار دارند. مهم­ترین رودخانه این حوضه، کشکان رود است که از ارتفاع 3600 متری کوه گرین در شمال استان لرستان در شهرستان الشتر تا 530 متری در پلدختر، مسافتی به طول 374 کیلومتر را طی می­کند. منطقه مورد مطالعه ما چون در منطقه زاگرس واقع شده دارای توپوگرافیِ کوهستانی و پرشیب است. بنابراین به­دلیل وجود این ارتفاعات، بارندگی­ها به سرعت به جریانات سطحی تبدیل شده و بر حجم روان­آب­ها افزوده می­شود که در پی آن سیلاب­های خطرناکی در این حوضه به راه می­افتد (کرمی و همکاران، 1389: 101). این رودخانه در 25 کیلومتری جنوب شهر پل­دختر در محل پل گاومیشان با رودخانه سیمره تلاقی پیدا کرده و رودخانه کرخه را تشکیل می­دهند. این رودخانه و سرشاخه‌های آن در تأمین آب کشاورزی شهرستان‌های الشتر، خرم‌آباد و پل­دختر نقش بسیار مهمی دارد به­طوری که حدود 82 درصد از اراضی کشاورزی شهرستان پل­دختر، توسط رودخانه کشکان­رود تأمین می‌شود (سازمان آب منطقه­ای استان لرستان، 1390).

جدول (1) مشخصات ایستگاه هیدرومتری کشکان پل­دختر

شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضه آبخیز کشکان­رود

داده­ها و روش­شناسی

برای انجام این پژوهش از دو دسته داده استفاده شد. این داده­ها شامل داده­های دبی حوضه کشکان­رود و دو نوع از داده­های گرمایش جهانی (گازهای گلخانه­ای)، شامل دی اکسیدکربن (CO2) بر حسب قسمت در میلیون (ppm) و متان (CH4) بر حسب قسمت در بیلیون (ppb) به­صورت فصلی و سالانه هستند. داده­های دبی کشکان­رود در بازه زمانی 27 ساله از سال 1984 تا 2010 در ایستگاه هیدرومتری کشکان پل­دختر از سازمان آب منطقه­ای استان لرستان اخذ شد. همچنین آمار و اطلاعات مربوط به گاز­های گلخانه­ای در همین بازه زمانی (1984-2010) از ایستگاه شاخص مونالوا (جدول2) واقع در هاوایی از تارنمای سازمان NOAA به آدرس http://www.esrl.noaa.gov/gmd/dv/data دریافت شدند. پس از آزمون برازش و اطمینان از همگن بودن داده­ها، مقادیر گرایش به مرکز و پراکندگی آن­ها نیز استخراج گردید. برای مشخص کردن روابط بین مقادیر گرمایش جهانی و میزان آبدهی کشکان­رود از آزمون همبستگی پیرسون استفاده شد. سپس به­منظور تعیین اثر تجمعی این گازها بر نوسان­پذیری دبی کشکان­رود، رگرسیون چندمتغیره خطی مورد استفاده قرار گرفت. هم­چنین برای  تشخیص روند در دبی کشکان­رود از آزمون گرافیکی من-کندال استفاده شد. پس از مشخص شدن روند تغییرات، با استفاده از روش رگرسیون نمایی، مقدار دبی کشکان تا سال 2040 میلادی مورد پیش­بینی قرار گرفت.

جدول (2)  مشخصات ایستگاه اندازه­گیری جهانی گازهای گلخانه­ای (مونالوا)

یافته­های تحقیق

-ارتباط روند دمای ایستگاه منطقه مورد پژوهش با مقدار دی اکسید کربن و متان

جهت تحلیل ارتباط گازهای گلخانه­ای با دبی کشکان­رود، ابتدا با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون، ارتباط روند دمای ایستگاه منطقه پژوهش (ایستگاه سینوپتیک پل­دختر) با مقدار دی­اکسیدکربن و متان در بازه زمانی سالانه و فصلی مورد واکاوی قرار گرفت و مشخص شد که دمای منطقه مورد مطالعه با مقدار این دو گاز دارای ارتباط معنی­دار و مثبت بوده است (جدول3). هم­چنین با استفاده از تحلیل عاملی مشخص شد که 96 درصد از گرمایش مربوط به دی اکسید کربن و 4 درصد مربوط به متان است.

جدول (3) ضرایب همبستگی ارتباط بین دمای ایستگاه سینوپتیک پل­دختر و گازهای گلخانه­ای

پس از آشکار شدن ارتباط معنادار بین دمای منطقه مورد مطالعه با گازهای دی اکسید کربن و متان، رابطه این گازها با دبی کشکان­رود نیز در مقیاس فصلی و سالانه مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن در ادامه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

ارتباط دبی بهاره با گرمایش جهانی

براساس محاسبات انجام شده، همبستگی نسبتاً زیادی میان گازهای دی اکسیدکربن و متان با دبی کشکان­رود در فصل بهار به­ترتیب به میزان 57/0-  و 43/0-  و سطح معنی­داری 01/0 وجود دارد که نشان از ارتباط دبی بهاره کشکان­رود با گازهای دی اکسیدکربن و متان از نوع معکوس است. بر این اساس، افزایش این دو گاز، باعث کاهش آبدهی و کاهش در مقدار گازها موجب افزایش آبدهی بهاره در حوضه کشکان­رود می­شود­. چنان­که از سال 1995 این ارتباط معکوس بسیار قوی­تر از سال­های قبل است. هم­چنین مشخص شد که در این فصل تأثیر گاز دی اکسیدکربن بر دبی کشکان بیشتر از گاز متان بوده است. با محاسبه ضریب تعیین، می­توان گفت که 38 درصد از کاهش آبدهی در حوضه کشکان­رود در نتیجه گرمایش جهانی ناشی از افزایش این دو گاز بوده است.

با عنایت به مقادیر، دبی حوضه کشکان در فصل بهار طی بازه زمانی 27 ساله دارای آبدهی با میانگین 77 متر مکعب در ثانیه و انحراف معیار 3/47 بوده است. با توجه به مقادیر محاسبه شده، دبی کشکان­رود در این فصل 4/61 درصد نسبت به بلندمدت تغییر نشان می­دهند. تا جایی که ضریب تغییرات بهاره دبی حوضه طی دوره زمانی مورد مطالعه، نشان از تغییرات زیاد آبدهی حوضه در واحد سطح دارد. بررسی نوسان­های سری زمانی آبدهی حوضه کشکان­رود در فصل بهار طی سال­های 1984 تا 2010 میلادی نوسانات زیاد آبدهی حوضه را نشان می­دهد اما نسبت به فصول دیگر دارای نوسان کمتری است (جدول 3).

جدول (3) فراسنج های آمار توصیفی دبی کشکان­رود در فصل بهار

هما­ن­طور که از شکل (3) پیداست، دبی حوضه کشکان­رود طی بازه زمانی مورد مطالعه در بعضی از سال­ها پایین­تر از میانگین بلندمدت خود بوده است که نشان از خشکسالی دارد و در بعضی سال­ها هم بالاتر از میانگین بلندمدت بهاره خود است که نشان از ترسالی در آن سال است اما از سال 1996 به بعد، همواره دبی کشکان­رود مقادیری زیر میانگین بلندمدت خود را تجربه کرده که با مقایسه نوسان­های دمای کره زمین، تأثیر نامشروط گرمایش جهانی در کاهش آبدهی آن را آشکار می­کند. با وجود این می­توان گفت که این حوضه در 15 سال اخیر به­دنبال افزایش گرمایش جهانی، طی فصل بهار با کم آبی روبه­رو بوده است و با ادامه این روند، در آینده عواقب وخیمی در زمینه­های مختلف برای این رود قابل پیش­بینی است.

شکل (2) نوسانات بلندمدت دبی حوضه کشکان­رود در فصل بهار

ارتباط دبی تابستانه با گرمایش جهانی

در ابتدا باید متذکر شد که فصل تابستان، فصل کاهش بارندگی در ایران و به­تبع آن در حوضه کشکان­رود است. زیرا در این فصل، استان لرستان تحت استیلای پرفشار آزور قرار دارد و عوامل صعود و بادهای غربی به عرض­های بالاتر منتقل می­شود و بر اثر آن نزولات جوی به­طور چشمگیری کاهش می­یابد. با این اوصاف همبستگی تابستانه دبی کشکان­رود با گرمایش ناشی از دو گاز دی اکسیدکربن و متان به ترتیب با 65/0- و 59/0- در سطح 01/0 ارتباط معنی­داری نشان می­دهد که نسبت به فصول دیگر این همبستگی معکوس بسیار قوی­تر است. بنابراین بر اساس محاسبات صورت گرفته می­توان گفت با افزایش دمای جو در این فصل، مقدارآبدهی در حوضه کشکان­رود با کاهش شدیدتری مواجه بوده است. همچنین با محاسبه ضریب تعیین، می­توان اظهار نمود که 7/47 درصد از کاهش آبدهی در حوضه کشکان­رود در نتیجه گرمایش جهانی ناشی از این دو گاز بوده است. این کاهش آبدهی از تابستان سال 1995 به یکباره شدیدتر شده است. همچنین مشخص شد که در این فصل تأثیر گاز دی اکسیدکربن بر دبی کشکان­رود بیش از گاز متان بوده است.

میانگین بلندمدت تابستانه دبی کشکان­رود برابر با 8/13 مترمکعب در ثانیه و انحراف از میانگین آن 8 متر مکعب بوده است که دارای 3/58 درصد تغییر نسبت به مدت مشابه بلندمدت خود است. این رقم تغییر نسبتاً زیاد دبی کشکان­رود را طی فصل تابستان نشان می­دهد که با نوسانات زیادی روبه­رو بوده است. همچنین دامنه تغییرات این رودخانه در ایستگاه مورد مطالعه 8/26 مترمکعب در ثانیه بوده است که نسبت به فصول دیگر سال کاهش بسیار چشمگیری را نشان می­دهد (جدول 4 ).

جدول (4) فراسنج های آمار توصیفی دبی کشکان_­رود در فصل تابستان

چنان­که از شکل 4 هم پیداست، پیش­بینی انجام گرفته به­کمک رگرسیون خطی فصل تابستان دبی کشکان­رود نشان می­دهد که ضریب تعیین رگرسیون خطی برابر با 45/0 درصد است. همان­گونه که این مدل نشان می­دهد، آبدهی حوضه کشکان به­صورت تشنجی است به­گونه­ای که در برخی از سال­ها (1994) به شدت با ترسالی و در برخی دیگر از سال­ها (1999) با خشکسالی­های بسیار شدیدی مواجه بوده است. همه این رفتارهای آشفته و تشنجی نشان از اقلیم نیمه بیابانی منطقه زاگرس و به تبع آن حوضه مورد مطالعه این تحقیق دارد.

شکل (4) نوسانات بلندمدت دبی حوضه کشکان­رود در فصل تابستان

ارتباط دبی پاییزه با گرمایش جهانی

با توجه به داده­های فصل پاییز، دبی کشکان­رود هم­زمان با افزایش گرمایش جهانی ناشی از گازهای گلخانه­ای با نوسانات بسیاری روبه­رو بوده است. اگر چه دمای کره زمین در فصل پاییز دارای تغییرات کوتاه­مدت است، در سری­های زمانی بلندمدت خود روندی افزایشی را طی می­کند. هم­زمان با طی این دوره، دبی کشکان­رود نیز روند کاهشی خود را تجربه کرده است. تحلیل­های انجام گرفته در فصل پاییز از تأثیرپذیری آبدهی حوضه کشکان­رود با ناهنجاری­های دمایی کره زمین حکایت دارد به­طوری که در این فصل بین دو گاز دی­اکسیدکربن و متان با دبی کشکان­رود در فصل پاییز به­ترتیب به میزان 64/0-  و 49/0- و سطح معنی­داری  01/0 درصد، ارتباط معکوس و معنادار وجود دارد. این ارتباط معنادار نشان از کاهش آبدهی حوضه کشکان­رود همزمان با روند افزایشی گرمایش جهانی دارد. هم­چنین در این فصل با محاسبه ضریب تعیین، می­توان گفت که 6/45 درصد از کاهش آبدهی در حوضه کشکان­رود در نتیجه گرمایش جهانی ناشی از این دو گاز بوده است. این فصل بعد از فصل تابستان که حوضه کشکان با کاهش بارش مواجه است، بیشترین تأثیر را از گرمایش جهانی پذیرفته است.

بررسی نوسانات سری زمانی آبدهی حوضه کشکان­رود در فصل پاییز طی سال­های 1984 تا 2010 میلادی نشان می­دهد که تغییرات آبدهی حوضه نسبت به فصول دیگر سال کمتر بوده است، چنان­چه ضریب تغییرات دبی حوضه کشکان­رود در فصل پاییز برابر 52 درصد بوده است که تغییرات نسبی زیاد دبی در واحد سطح را نشان می­دهد اما  نسبت به فصول دیگر دارای نوسان کمتری است (جدول 5).

جدول (5) فراسنج­های آمار توصیفی دبی کشکان­رود در فصل پاییز

با پیش­بینی صورت گرفته به­کمک رگرسیون خطی در فصل پاییز، ضریب تعیین رگرسیون خطی برابر با 38/0 درصد است. چنان­چه از شکل شماره 5 هم پیداست، دبی حوضه کشکان­رود طی بازه زمانی مورد مطالعه در بعضی از سال­ها پایین­تر از میانگین بلندمدت خود بوده است و خشکسالی را نشان می­دهد و در بعضی از سال­ها هم بالاتر از میانگین بلندمدت پاییز خود است که از ترسالی در آن سال حکایت می­کند اما از سال 1995 به بعد، همواره دبی حوضه کشکان­رود مقادیری زیر میانگین بلندمدت خود را تجربه کرده است که با مقایسه نوسان­های دمای کره زمین، تأثیر گرمایش جهانی در کاهش آبدهی آن را آشکار می­کند. با وجود این می‌توان گفت که این حوضه در پانزده سال اخیرطی فصل پاییز با خشکسالی بیشتری نسبت به قبل از 1995 روبه­رو بوده و در آینده می­تواند منابع آب حوضه را به­خطر اندازد.

شکل (4) نوسانات بلندمدت دبی حوضه کشکان­رود در فصل پاییز

ارتباط دبی زمستانه با گرمایش جهانی

بر اساس محاسبات انجام گرفته، همبستگی میان گازهای دی اکسیدکربن و متان با دبی کشکان­رود در فصل زمستان به ترتیب به میزان 57/0-  و 50/0-  و سطح 01/0 معنی­دار است. ارتباط دبی زمستانه در ایستگاه کشکان با گازهای دی اکسیدکربن و متان از نوع معکوس است. بر این اساس، افزایش این دو گاز، باعث کاهش آبدهی و کاهش در مقدار گازها موجب افزایش آبدهی زمستانه در حوضه کشکان­رود خواهد شد. هم­چنین با محاسبه ضریب تعیین، می­توان گفت که 1/33 درصد از کاهش آبدهی در حوضه کشکان­رود در نتیجه گرمایش جهانی ناشی از این دو گاز بوده است. در این فصل سهم دو گاز دی اکسیدکربن و متان در گرمایش جهانی و کاهش دبی کشکان­رود تقریباً به یک اندازه بوده است.

بررسی نوسان­های سری زمانی آبدهی حوضه کشکان‌رود در فصل زمستان طی سال­های 1968تا 2008 میلادی، از تغییرات کمتر آبدهی حوضه نسبت به فصول دیگر سال حکایت می­کند، چنان­که ضریب تغییرات دبی حوضه کشکان رود در فصل زمستان برابر 7/58 درصد بوده است که تغییرات نسبی زیاد دبی در واحد سطح را نشان می­دهد و این میزان نسبت به فصول دیگر دارای نوسان بیشتری است (جدول6).

جدول (6) فراسنج­های آمار توصیفی دبی کشکان­رود در فصل زمستان

در این فصل نیز پیش­بینی انجام گرفته دبی کشکان­رود در فصل زمستان به­گونه­ای است که ضریب تعیین رگرسیون خطی برابر با 32/0 درصد بوده است. چنان­که از شکل (5) هم پیداست، دبی حوضه کشکان­رود طی بازه زمانی مورد مطالعه در بعضی سال­ها پایین­تر از میانگین بلندمدت خود بوده که نشان از خشکسالی دارد و در بعضی از سال­ها هم بالاتر از میانگین بلنـدمدت زمستان خود بوده است و تـرسالی را در آن سال نشان می­دهد اما از سال 1995 به بعد، همواره دبی زمستانه حوضه کشکان­رود مقادیری زیر میانگین بلندمدت خود را تجربه کرده است که با مقایسه نوسان­های دمای کره زمین، تأثیر نامشروط گرمایش جهانی در کاهش آبدهی آن را آشکار می­کند. با وجود این، می­توان گفت که این حوضه مانند فصول دیگر، در 15 سال اخیرطی فصل زمستان با خشکسالی شدید روبه­رو بوده است.

شکل (5) نوسانات بلندمدت دبی حوضه کشکان­رود در فصل زمستان

ارتباط دبی سالانه با گرمایش جهانی

بر اساس محاسبات انجام گرفته، همبستگی میان مقدار سالانه گازهای دی اکسیدکربن و متان با دبی سالانه کشکان­رود به­ترتیب به­میزان 73/0- و 62/0-  و سطح 01/0 معنی­دار است. مطالعات نشان می­دهند که آبدهی حوضه آبخیز و آبریز کشکان­رود طی دوره زمانی مور مطالعه دچار نوسانات کوتاه­مدت در سری­های کوتاه­مدت بوده است و روندهای افزایشی - کاهشی در پی داشته است اما در سری­های بلندمدت خود همواره دارای روندی کاهشی بوده است. این روند کاهشی در آبدهی حوضه کشکان­رود همزمان با افزایش روند سری­های زمانی بلندمدت در گازهای گلخانه­ای و گرمایش ناشی از این گازها است. هم­چنین با محاسبه ضریب تعیین، می­توان گفت که 2/55 درصد از کاهش آبدهی سالانه در حوضه کشکان­رود در نتیجه گرمایش جهانی ناشی از این دو گاز بوده است.

جدول 7 مقادیر فراسنج­های آمار توصیفی داده­های سالانه دبی کشکان­رود طی سال­های 1984 تا 2010 میلادی را نشان می­دهد. با توجه به این جدول، میانگین سالانه دبی حوضه کشکان­رود برابر با 6/48 مترمکعب در ثانیه و انحراف معیار آن 7/21 مترمکعب در سال است. مقدار چولگی داده­ها مثبت بوده است که نشان فراوانی بیشتر مقادیر پایین­تر از میانگین دبی در کشکان­رود است. هم­چنین مقدار ضریب تغییرات داده­ها برابر با 6/44 درصد است که تغییرات نسبتاً زیاد مقدار دبی کشکان­رود را نشان می­دهد.

جدول (7) فراسنج­های آمار توصیفی سالانه دبی کشکان­رود

در بازه زمانی سالانه نیز پیش­بینی انجام گرفته به­کمک رگرسیون خطی برای دبی کشکان­رود، ضریب تعیین آن برابر با 52/0درصد بوده است. همان­گونه که از آمارها پیداست، تغییرات آبدهی سالانه حوضه کشکان­رود با داده­های گرمایش جهانی همخوانی بالایی دارد. در دوره­هایی که گرمایش جهانی روند افزایشی داشته، دبی کشکان روند نزولی را طی کرده است و با کاهش گرمایش جهانی، دبی حوضه مورد مطالعه، روندی صعودی را سپری کرده است. این فرایند را به ویژه از سال 1995 تا 2010  میلادی به­وضوح می­توان دید. از سال 1995 به بعد، روند صعودی دمای کره زمین با شدت بیشتری نسبت به سال­های قبل از آن ادامه داشته و هم­زمان با این رخداد، سیر نزولی آبدهی کشکان نیز تشدید شده و به سمت کم آب شدن پیش رفته است (شکل 6).

شکل (6) نوسانات بلندمدت سالانه دبی حوضه کشکان­رود

جهت تشخیص این­که آیا نوسانات و روند منفی دبی کشکان­رود دوره­ای است و یا احتمال بازگشت دوباره دبی به حالت نرمال خود وجود دارد یا خیر، از آزمون من کندال استفاده گردید و مشخص شد که روند منفی دبی کشکان­رود به­صورت معنادار منفی است و در نتیجه فرض احتمال بازگشت دبی کشکان­رود به حالت نرمال و ترسالی مردود است. بر اساس این آزمون، روند کاهش دبی هم­چنان ادامه خواهد داشت و برگشتن آن به حالت نرمال خود در آینده بعید به­نظر می­رسد. همان­طور که از شکل (7) پیداست از سال 1990 یک تغییر با حاکمیت روند منفی در دبی کشکان­رود اتفاق افتاده است و طی سال­های بعد این روند از سال 1995 با شدت بیشتری ادامه یافته است.

شکل (7) نمودار تشخیص معنی­داری گرافیکی روند من- کندال

با توجه به آزمون کندال و آمار و مقادیر اندازه­گیری شده بلند­مدت در ایستگاه هیدرومتری کشکانِ پل­دختر، روند نزولی آبدهی سالانه این حوضه از سال 1995 شتاب بیشتری گرفته است. با توجه به این روند، تغییرات سالانه آبدهی حوضه کشکان­رود به­وسیله مدل رگرسیون نمایی برای 30 سال آینده مورد پیش­بینی قرار گرفت که نتیجه آن افت شدید آبدهی این حوضه و رسیدن آن به زیر 10 مترمکعب در ثانیه تا سال 2040 میلادی را نشان می­دهد (شکل8). همان­گونه که ذکر شد، کشکان­رود و سرشاخه‌های آن در تأمین آب کشاورزی شهرستان‌های زاغه، الشتر، خرم‌آباد و پل­دختر نقش بسیار مهمی دارد به­طوری که حدود 82 درصد از اراضی کشاورزی شهرستان پل­دختر، از آب این رودخانه تأمین می‌شود و این رودخانه در واقع شاهرگ حیاتی این شهرها محسوب می‌شود. با توجه به سناریوی پیش­بینی شده، اگر روند کاهشی کشکان­رود به­همین میزان ادامه یابد، استان لرستان بالأخص شهرستان پل­دختر و شمال خوزستان با مشکلات اقتصادی- اجتماعی و زیست محیطی بسیار مخربی مواجه خواهند شد.

شکل (8) پیش­بینی روند تغییرات آبدهی کشکان­رود به­صورت نمایی تا سال 2040

بحث و نتیجه­گیری

نتایج مربوط به ارتباط آثار گازهای گلخانه­ای و گرمایش جهانی در نوسانات دبی رودخانه­ها و حوضه­های آبخیز در سایر نقاط جهان، جملگی از ارتباط معکوس بین این داده­ها و وجود روند منفی در مقادیر مربوط به دبی رودخانه­ها حکایت می­کند. پژوهش حاضر نیز با استفاده از روش­های آماری برای آشکارسازی اثر گرمایش جهانی ناشی از گازهای گلخانه­ای دی اکسیدکربن و متان بر میزان آبدهی حوضه کشکان­رود در ایستگاه هیدرومتری کشکان­رود پل­دختر انجام گرفته است. نتایج این پژوهش نیز، همانند تحقیقات دیگر حکایت از ارتباط قوی و معکوس آبدهی کشکان­رود با افزایش گرمایش جهانی دارد که نتایج مطالعات قبل را نیز تأیید می­نماید. این فرایند به­ویژه با افزایش مقادیر داده­های گرمایش جهانی که به­طور فزاینده­ای از سال 1995 به بـعد با سیر صعودی مواجه بوده، کاملاً نمایان است. همچنین در این مـطالعه مشخص شده است که در مقیاس­های زمانی سالانه و فصلی، دما و مقدار گازهای گلخانه­ای با یکدیگر ارتباط مستقیم دارند و میزان اثرگذاری گاز دی اکسیدکربن (به­میزان 96 درصد) در کاـشِ مقدار دبی کشکان­رود بیش از گاز متان (به­میزان 4 درصد) بوده است. در ادامه، مطالعات در مقیاس سالانه نشان می­دهند که دبی کشکان­رود با گرمایش جهانی دارای ارتباط معکوس قوی با ضریب 73/0- با گاز دی اکسیدکربن و 62/0- با گاز متان بوده است؛ نتایج محاسبات نشان می­دهند که 2/55 درصد از کاهش آبدهی سالانه حوضه کشکان­رود در پی گرمایش ناشی از این دو گاز است. هم­چنین در مقیاس فصلی، بیشترین تأثیرپذیری دبی کشکان­رود به فصل تابستان با 7/47 درصد اختصاص داشته و فصل پاییز با 6/45 و بهار با 38 درصد در رتبه­های بعدی قرار می­گیرند. فصل زمستان نیز با ضریب تعیین 1/33 درصد کمترین اثرپذیری را از گرمایش جهانی داشته است. همچنین مطالعه تغییرات سری­های زمانی آبدهی حوضه کشکان­رود از روند نزولی آبدهی حکایت دارد. اگرچه در کوتاه مدت این نوسانات، تشنجی و به­صورت افزایشی-کاهشی بوده در بلندمدت همواره در جهت کاهش مستمر دبی عمل کرده است. این عملکرد به­خوبی نشان می­دهد که طی 15 سال اخیر، به­خصوص از سال 1995 به بعد با بیشتر شدن سیر صعودی گرمایش جهانی، میزان آبدهی کشکان­رود نیز در بازه زمانی سالانه و فصلی، همواره زیر میانگین بلندمدت خود قرار داشته است. بر اساس آزمون گرافیکی من-کندال این روند منفی هم­چنان ادامه خواهد داشت و برگشتن مقدار دبی کشکان­رود به روال نرمال خود در آینده بعید به­نظر می­رسد. هم­چنین بر اساس سناریوی پیش­بینی شده با استفاده از مدل رگرسیون نمایی مشخص شد که اگر روند گرمایش جهانی به همین روال ادامه یابد، میانگین دبی سالانه این رودخانه تا 30 سال آینده یعنی تا سال 2040 میلادی به زیر 10 مترمکعب در ثانیه خواهد رسید. این رخداد می­تواند در آینده مشکلات فاجعه­باری برای مناطق اطراف کشکان­رود و مناطق پایاب کرخه در خوزستان به­بار آورده و به کشاورزی این مناطق خسارات جبران­ناپذیری وارد آورد.

تقدیر و تشکر

از جناب آقای مهندس اکبر مهری، ریاست محترم امور آب و فاضلاب شهرستان پل­دختر و جناب آقای مهندس صمد طولابی نسب، که در تهیه آمار و ارقام این پژوهش از هیچ کمکی دریغ نورزیدند، کمال تقدیر و تشکر خود را ابراز می­کنم.