امكان‌سنجي پيش‌بيني وقوع سيل با استفاده از داده‌هاي گرانشي‌ ماهواره‌اي GRACE در حوضه آبريز رود كارون

Feasibility study of forecasting the flood occurrence using GRACE satellite gravity data in the Karun river basin, Iran

سيل يكي از وقايع طبيعي است كه خسارت‌هاي جاني، مالي و زيست‌محيطي فراواني بر جاي مي‌گذارد. بررسي وضعيت ذخيره آب زميني (TWS) در حوضه‌هاي آبريز براي كاهش تأثيرات اين خسارت‌ها از اهميت زيادي برخوردار است. TWS عبارت است از مجموع تمام ذخاير آب‌هاي زير و روي سطح زمين. اين آب‌ها شاملِ آب‌هاي سطحي، رطوبت خاك، آب‌هاي زيرزميني، برف، يخ و آب‌هاي موجود در گياهان است. در اين مطالعه با استفاده از داده‌هاي آنومالي ذخيره آب زميني ( (TWSAحاصل از داده‌هاي جفت‌ماهواره GRACE ظرفيت ذخيره‌سازي حوضه آبريز محاسبه شد سپس با استفاده از آن و همچنين داده‌هاي بارش ماهانه كه از داده‌هاي پروژه جهاني اقليم بارندگي (GPCP) به‌دست‌آمده‌است، شاخص پتانسيل سيل (FPI) براي پتانسيل وقوع سيل محاسبه و از آن براي ارزيابي پتانسيل وقوع سيل استفاده شد. هرچه مقدار FPI به عدد يك نزديك‌تر باشد، احتمال وقوع سيل، بيشتر افزايش مي‌يابد. با توجه به سيلاب‌هاي رخ داده در فروردين ماه 1398، نتايج اين شاخص در حوضه آبريز رود كارون در بازه زماني ماه اكتبر 2018 تا ماه اوت 2019 بررسي شده است. مقادير FPI در ماه مارس (21/0FPI=) و آوريل (42/0FPI=) نشان‌دهنده وقوع سيل در اين ماه‌ها است. همچنين در برخي موارد ممكن است FPI افزايش پيدا كند و به‌اشتباه سيل تشخيص داده شود. همچنان كه در بازه زماني مورد بررسي، FPI در ماه‌هاي مه (68/0FPI=) و ژوئن (27/0FPI=) مثبت بوده اما سيلي رخ نداده است؛ بنابراين به‌طور قطعي نمي‌توان اظهار كرد كه اين شاخص به‌تنهايي مي‌تواند سيل‌ را پيش‌بيني كند و به اطلاعات مكمل با استفاده از منابع و روش‌هاي ديگر براي پايش و پيش‌بيني دقيق‌تر سيلاب‌ها نياز است.

Flood is one of the natural disasters which leaves behind many humans, financial and ecosystem losses. Consideration of situations and conditions in the basins has a high priority in reducing the effects of these losses. Study and research on Terrestrial Water Storage (TWS) point out the capacity of water storage in a basin and consider its potential for occurring possible floods. TWS is defined as the summation of all water stored above and below on the earth’s surface (e.g., lakes, rivers, soil moisture, snow, ice and waters inside the vegetation). In this study, using Terrestrial Water Storage Anomaly (TWSA) data attained from twin GRACE satellites and using monthly precipitation data acquired from Global Precipitation Climatology Project (GPCP), the capacity of water storage in basin and the Flood Potential Index (FPI) are calculated. FPI is defined as a storage capacity quantity of basin and has been utilizing in assessing the potential of flood occurrence. The more FPI is near to 1.0, the more possibility of flood event will be. Regarding previous flood events happened during March 2019 in Iran, FPI values related to Karun basin within interval of October 2018 and August 2019 are considered specially. FPI values of 0.21 in March and 0.42 in April show flood events in March and April (2019), respectively. Based on the proposed method, rising value of FPI causes more potential for occurring a flood event. On the contrary, falling value of FPI makes flood events less likely. Concerning results point out higher positive values of FPI connected to more precipitations and in reverse, lower values of FPI related to lower precipitations. Therefore, using study of FPI during desired time interval and regarding the increasing of its index value, forecasting the flood event is possible even several months before its happening and prevents the possible losses. However, temporary and small-scaled floods are not recognized by GRACE data and FPI is less effective. By the way, in some cases it is possible that FPI increases and causes a wrong flood forecasting. For example, in our case study within specific time intervals in May (FPI = 0.68) and June (FPI = 0.27) the FPI values are positive, while there has not occurred any flood. Therefore, definitely, this index is not merely capable of flood forecasting and it is necessary to use supplementary information utilizing other sources and methods to forecast it more precisely.