بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی وضعیت خشکسالی در حوضه آبریز سد درودزن، از شاخص SPI استفاده شده است. در شاخص SPI معیارهای مختلفی مورد توجه قرار میگیرد. در این تحقیق، معیارهای طولانی ترین دوره خشکسالی، تعداد ماههای مواجه با خشکسالی و بزرگی خشکسالی - DM - در نظر گرفته شده است. در رابطه با تأثیر خشکسالی بر منابع آب زیرزمینی، علاوه بر نمودارهای مقدار SPI در مقیاسهای زمانی 12، 24 و 48 ماهه، بار پیزومتری و متوسط بار پیزومتری نیز بررسی شده است.
نتایج این بررسی ها نشان داد که طی دوره 40 ساله آماری در هر سه مقیاس زمانی، منطقه مورد مطالعه تحت تاثیر خشکسالیهای متعدد با تداوم و شدتهای مختلف قرار گرفته است. خشکسالیهای ضعیف و بسیار شدید در هر سه مقیاس زمانی به ترتیب بیشترین و کمترین درصد وقوع را داشته اند. دادههای پیزومتری نیز نشان دهنده کاهش نسبی حجم ذخیره آب زیرزمینی با تاخیر زمانی نسبت به خشکسالی در منطقه مورد مطالعه میباشد. از یافته های دیگر این تحقیق همبستگی بیشتر مقادیر بار پیزومتری و شاخص SPI درمقیاس زمانی 48 ماهه در بیش از %55 ایستگاههای منطقه نسبت به دو بازه زمانی دیگر می باشد.
-1مقدمه
خشکسالی یکی از مخاطرات اصلی مرتبط با هواشناسی است. این مخاطره طبیعی تمام جوانب زندگی انسان را تحت تأثیر قرار میدهد. در سطح بینالمللی تعریف واحدی از خشکسالی که مورد قبول همه باشد، وجود ندارد. بطور کلی خشکسالی زمانی اتفاق میافتد که کاهش چشم گیر آب، هم در مکان و هم در زمان ویژه ای رخ دهد .
هر خشکسالی با سه خصوصیت شدت، طول دوره و پهنای تحت تأثیر شناخته میشود. باید به این نکته نیز توجه داشت که تأثیرات کاهش بارندگی بر روی رطوبت خاک، مخازن آب، جریانات سطحی رودخانه ها و سطح آب زیرزمینی در مقیاسهای مختلف زمانی نشان داده میشود .
تاکنون شاخصهای متعددی جهت پایش خشکسالی ارائه شده است .از بین شاخصهای کمی در تحلیل خشکسالی، شاخص 1SPI به علت سادگی محاسبات، استفاده از دادههای قابل دسترس بارندگی، قابلیت محاسبه برای دورههای متفاوت زمانی و همچنین مقیاسهای مکانی مختلف، به عنوان شاخص مناسب به منظور تحلیل خشکسالی از مقبولیت جهانی برخوردار شده است.
بر اساس تعریف مفهومی از کالو و همکاران - Calow et al.,1999 - ، اصطلاح خشکسالی آبهای زیرزمینی برای توصیف وضعیت مکانی است که سطح منابع آب زیرزمینی به عنوان پیامد مستقیم خشکسالی، افت پیدا میکند. زمانی که سیستمهای آب زیرزمینی تحت تأثیر خشکسالی واقع میشوند، ابتدا آبگیری، سپس سطح و در نهایت آبدهی آبخوان کاهش پیدا میکند. چنین خشکسالی را خشکسالی آب زیرزمینی مینامند .
طبق نظر سیلوا - Silva,2003 - ، برای تحلیل کمی خشکسالی، وجود یک شاخص مشخص جهت تعیین دقیق دورههای مرطوب و خشک بسیار ضروری است. راندمان سیستمهایمانیتورینگ خشکسالی عمیقاً تحت تأثیر صحت انتخاب شاخص که توصیفی از وضعیت ذهنی و واقعی از شرایط خشکسالی را فراهم میکند، میباشد. در سالهای گذشته شاخصهای متعددی برای بررسی خشکسالی مطرح شده است.هرکدام از این شاخص ها با یکی از چهار نوع خشکسالی مرتبط است
انصافی مقدم - - 1386 با ارزیابی شاخص خشکسالی اقلیمی در حوضه دریاچه نمک نشان داد که شاخص SPI و دهک ها، در پایش خشکسالی و ثبت خشکسالیهای بسیار شدید مناسبتر میباشند.
مساعدی و همکاران - 1387 - جهت ارزیابی و تحلیل مکانی خشکسالی هواشناسی در سطح استان گلستان از شاخص SPI استفاده کردند. از جمله نتایج این تحقیق، وجود یک سیکل 11 ساله ترسالی یا خشکسالی مهم و حاکم بودن شرایط با شدت خشکسالی بیشتر در مناطق مرزی و نوار ساحلی دریای خزر میباشد.
موریرا و همکاران - Morrira et al., 2008 - برای طبقه بندی خشکسالی و پیش بینی آن از شاخص SPI و براساس مدلهای خطی استفاده کردند. در این روش از آمار 14 ایستگاه باران سنجی در نواحی آلنتجو و آلگارو واقع در جنوب پرتغال، برای مقیاس زمانی 12 ماهه محاسبه شد. نتایج نشان داد استفاده از SPI و مدلهای خطی، میتواند در مدت زمان کوتاهی خشکسالی را پیش بینی کند.
در مورد بررسی تأثیر وضعیت خشکسالی بر روی منابع آب زیرزمینی با استفاده از شاخص SPI، تحقیقات محدود بوده است. مندیسینو و همکاران - Mendicino et al., 2008 - ، جهت پایش و پیش بینی خشکسالی در مناطقی از مدیترانه، از شاخصهای SPI و 1GRI استفاده کردند. آنها به بررسی این دو شاخص از نظر ضریب همبستگی بین بارش و سطح آب زیرزمینی در ماههای مختلف پرداختند و به این نتیجه رسیدند که شاخص GRI نسبت به شاخص SPI در پیش بینی وضعیت منابع آب زیرزمینی مناسبتر است.
خان و همکاران - - Khan et al., 2008، در بررسی وضعیت خشکسالی اراضی زراعی یکی از حوضههای کشور استرالیا بر سطح آب زیرزمینی، به این نتیجه رسیدند که علیرغم بهره برداری منابع آب زیرزمینی در نواحی مختلف در موارد زیادی بین شاخص SPI و سطح آب زیرزمینی ارتباط قوی وجود دارد.
شکیبا و همکاران - - 2010، در بررسی وضعیت خشکسالی در شرق استان کرمانشاه و تاثیر آن بر منابع آب زیرزمینی منطقه با استفاده از شاخص SPI، به این نتیجه رسیدند که از بین معیارهای مورد توجه در شاخص SPI، معیار مجموع بزرگی خشکسالی - DM - ، معیار مناسبتری جهت نشان دادن وضعیت خشکسالی در یک منطقه است. خشکسالیهای رویداده در افت سطح آبهای زیرزمینی منطقه تأثیر گذاشتند.
صفایی و همکاران - 1392 - ، شاخصهای SPI, GRI را جهت بررسی وضعیت خشکسالی آب زیرزمینی منطقه کوهپایه - سگزی بکار برده و در محیط GIS به مقایسه دو شاخص فوق پرداخته اند. و به این نتیجه رسیدند که و ضعیت منابع آب زیرزمینی آبخوان کوهپایه - سگزی نسبت به خشکسالی رو به وخامت بیشتری است.
-2 محدوده مورد مطالعه
محدوده مورد مطالعه شامل حوضه آبریز رودخانه کر تا مقطع ورودی به سد درودزن میباشد. این منطقه شامل سه محدوده مطالعاتی آسپاس، دزکرد- کامفیروز و خسروشیرین است و با مساحتی در حدود 4242 کیلومترمربع، بین طولهای جغرافیاییَ40 ْ51و تاَ55 ْ52و شرقی و عرضهای جغرافیاییَ7 ْ30و تاَ55 وْ30 شمالی در قسمت شمالی استان فارس واقع شده است
شکل:1 منطقه مورد مطالعه و موقعیت ایستگاههای بارانسنجی انتخابی.
-3 روش تحقیق
شاخص SPI بر اساس اختلاف میان مقدار بارندگی در هر ماه و میانگین بارندگی در دوره زمانی مشخص بخش بر انحراف معیار بارندگی در آن مقیاس زمانی بدست میآید - . - 1 مقیاسهای زمانی میتوانند 3، 6، 24،12 و 48 ماهه باشند.
مقیاسهای زمانی مختلفی به منظور نشان دادن تأثیرات کاهش بارندگی بر منابع آبی مختلف طراحی شده اند. برای مثال تغییر رطوبت خاک واکنشی است در برابر نوسان بارندگی در رابطه با مقیاسهای زمانی کوتاه مدت، در حالی که آبهای زیرزمینی، جریانات سطحی و مخازن آب خشکسالی - است. تداوم خشکسالی جاری از زمان شروع و برای خشکسالی در برابر نوسانات طولانی مدت بارندگی واکنش نشان می دهند. زیرا پس از گذشته، از آغاز تا پایان دوره خشکی میباشد.
بارش، مدتی طول میکشد تا آب حاصل از بارندگی به سطح ایستابی برسد. از آنجا که برای محاسبه شاخص SPI حداقل دوره آماری 30 ساله از آنجا که در تحقیق حاضر وضعیت منطقه در برابر خشکسالی و همچنین مورد نیاز است، لذا در منطقه مورد مطالعه ایستگاههای سینوپتیک و باران رابطه خشکسالی با آبهای زیرزمینی مورد ارزیابی قرار گرفته است، مقیاس سنجی که دارای طول دوره آماری 40 ساله بودند، انتخاب شدند زمانی 24،12و 48 ماهه برای محاسبه شاخص SPI بر اساس دوره آماری 40 ساله انتخاب گردید.
مک کی و همکاران - Mckee et al., 1993 - ، با توجه به مشابهت شاخص SPI با مقادیر توزیع نرمال استاندارد و امکان مقایسه مکانی و تفسیر نتایج، شدت خشکسالی را به چهار رده خشکسالی ضعیف - صفر تا - 0/9،خشکسالی متوسط -1 - تا - -1/49، خشکسالی شدید -1/5 - تا - -1/99 و خشکسالی بسیار شدید - کوچکتر از - -2 تقسیم نموده اند. از طرفی با توجه به شباهت زیاد شاخص بارش استاندارد با مقادیر توزیع نرمال استاندارد، میتوان دوره بازگشت مقادیر SPI را بیان کرد. این موضوع در مطالعات و طراحیهای لازم مدیریت منابع آب بسیار ارزشمند میباشد .
بر اساس شاخص SPI، رویداد یک خشکسالی در مقیاس زمانی i؛ دوره ای است که در آن SPI به طور پیوسته منفی بوده و مقدار آن -1 و یا کمتر باشد. بزرگی خشکسالی بر اساس SPI یکی از موارد قابل بررسی خشکسالی توسط شاخص بارش استاندارد، محاسبه میزان بزرگی خشکسالی - 1 - DM در هنگام وقوع خشکسالی است که مقدار آن بر اساس رابطه 2 محاسبه میگردد.
= j پارامتری که مقدار آن بر اساس اولین ماه خشکسالی از عدد یک شروع و به تعداد ماههای یک رویداد خشکسالی - X - افزایش مییابد.
= SPI ij شاخص خشکسالی ماههای کمتر از -1 بر اساس مقیاس زمانی i در ماه j ام خشکسالی
با توجه به اینکه در هر ایستگاه امکان رخداد دوره های مختلف خشکسالی در طی دوره آماری وجود دارد، لذا برای شناخت و درک بهتر از وضعیت آسیب پذیری هر ایستگاه بر اثر خشکسالی، مجموع DM دورههای مختلف خشکسالی محاسبه شد.
از معیارهای مهم در بررسی میزان آسیب پذیری هر ایستگاه بر اثرخشکسالی به کمک SPI، تداوم خشکسالی و تداوم طولانی ترین دوره،
شکل: 2 معیارهای خشکسالی تعیین شده در هر یک از ایستگاه های انتخابی منطقه توسط 12 SPI ماهه - الف - ، 24 ماهه - ب - ، 48 ماهه - ج - .
