بخشی از مقاله
تحلیل خشکسالیهای گذشته در ایران، پیش بینی خشکسالی های آینده و چالشهای پیشروی مدیریت منابع
آب در برنامه توسعه چهارم کشور
چکیده
خشکسالی یکی از پدیدههای آب و هوایی و از جمله رخدادهای مصیبتباری است کـه همـواره خسـارتهـای زیـادی بـه جوامع انسانی وارد میسازد. خشکسالی یا کاهش آب قابل دسترس میتواند به صور گوناگون مانند کمبود بـارش، کـاهش دبی رودخانهها و کاهش حجم منابع آب مشاهده گردد. خشکسـالی در همـه رژیـمهـای آب و هـوایی کشـور بـا شـدت و ضعف مختلف روی میدهد.
در این تحقیق براساس آنالیز آمار بارندگی زیرحوضههای کشور با استفاده از شاخصهای معتبر جهانی، سالهای خشکسالی با شدتهای مختلف در هر کدام از حوضههای فرعی کشور مشخص گردیده است. همچنین در ایـن مطالعـه متـداولتـرین و مشهورترین شاخصهـایی کـه بـه کمـک آن مـیتـوان خشکسـالی و شـدت آن را بـه صـورت کمـی نشـان داد بـرای کـل
های ایران ارائه زیرحوضه نمیشود.
نتایج نهایی برآورد خشکسالی در حوضههای فرعی کشـور و تحلیـل خشکسـالی بـا روشـهای شـاخص درصـد از میـانگین، شاخص معیار بارندگی سالیانه (SIAP) ، روشهای استفاده از میانگینها متحرک 3،5،7 ساله و همچنین شـاخص SPI در طی دوره آماری 35 ساله منتهی به سال آبی 1380-81 مورد بررسی قـرار گرفتـه و درصـد وقـوع خشکسـالی نیـز مشـخص گردیده است.
در ادامه با استفاده از روشهایالذکر فوق و انتخاب مناسبترین توزیعهـای آمـاری، احتمـال وقـوع خشکسـالی بـا شـدتهایمختلف در سالهای آتی مشخص گردیده است. از نتایج حاصل از ایـن قسـمت از مطالعـات مشـخص گردیـد کـه در کلیـه زیرحوضهها کشور علاوه بر خشکسالیهای وقوع یافته در گذشته، در آینده نیز خشکسالیهایی با شـدتهای مختلـف حـادث خواهد شد. لذا با توجه به نتایج حاصل از این تحقیق مشخص گردیده است که ایران کشوری آسیبپـذیر نسـبت بـه پدیـده خشکسـالی میباشد و این پدیده با دوره بازگشتهای متفاوت با احتمال وقوع شدتهای مختلف در آینده تکرار خواهد شد
حال با توجه به گسترش روزافزون نیاز و تقاضا در جامعه برای دسترسی به منابع آب و آسیبپذیری اقلیمی ایران، مـدیریت منابع آب کشور با توجه به احتمال وقوع خشکسالی از جنبههای مختلف با چالشهای جدی روبرو خواهد شد. لذا با عنایت به اهمیت موضوع میبایستی اقدامات اساسی و سرنوشت ساز و دوراندیشانه در سـطح ملـی همـراه بـا راهکارهـای مدیریتی متناسب به منظور آمادگیهای لازم در این خصوص معمول گردد. در خاتمه با در نظر گـرفتن راهبردهـای توسـعه بلندمدت مدیریت آب کشور و نیز مواد قانونی مرتبط در برنامه چهـارم (از جملـه مـاده 17 قـانون برنامـه چهـارم و مـاده 12 راهبردهای توسعه بلندمدت منابع آب کشور)، تهیه و اجرای برنامههای مدیریتی مناسـب و آمـادگی جهـت کـاهش اثـرات خشکسالی و همچنین آگاهسازی عمومی در این خصوص ضروری به نظر می رسد
مقدمه
خشکسالی1 یک پدیده طبیعی است که در اثر تغییرات الگوی آب و هوایی ناشی از کاهش نـزولات جـوی کمتـر از حد معمول خود به وجود میآید و ادامه آن موجب عدم تعـادل هیـدرولوژیکی و اکولـوژیکی حوضـه مـیگـردد . شـدت خشکسالی بسته به دوره و سطح تأثیر آن متفاوت میباشد. برای خشکسالی تعاریف مختلفی ارائـه شـده اسـت . هواشناسـان خشکسالی را بارش کمتر از حد معمول که منجر به تغییر الگوی آب و هوایی می گردد تعریف میکننـد. متخصصـین علـم کشاورزی خشکسالی را زمانی که رطوبت خاک از نیاز واقعی محصول کمتر بوده و منجر بـه خسـارت در تولیـد محصـول میگردد میدانند. هیدرولوژیستها هنگامی که میزان آبهـای سـطحی و زیرزمینـی از حـد معمـول خـود پـایینتـر مـیافتـد خشکسالی را معنا میکنند و متخصصین علوم اجتماعی ـ اقتصادی نیز خشکسالی را هنگامی که کمبـود آب بـرای نیازهـای بشر موجب ناهنجاریهای اجتماعی و اقتصادی میگردد بیان میکنند.
-1 روشهای مطالعه خشکسالی (ثابترفتار، عالیه، مجید عباسپور، (1382
با توجه به زمینه فعالیتهای محققان رشته های مختلف، تعاریف ویژه ای از خشکسالی ارائه شده که در نهایت موجب طبقه بندی و تفکیک این پدیده شده است. این امر سبب گردیده که روشهای مطالعاتی خاصی با توجه بههایشاخص مورد توجه همچون بارندگی، رطوبت خاک، جریانهای سطحی، مخازن زیرزمینی، خسارتهای اقتصادی و… ابداع و ارائه گردد. بطور کلی روشهای مطالعه خشکسالی عبارتند از روش مطالعه بیلان آبی، روش تحلیل جریان، روش تحلیل سینوپتیکی، روش استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژیک یک و تاریخی و روش شاخصها که در تحقیق حاضر از روش شاخصها استفاده گردیده است .
-1-1 روش شاخصها
شاخصهای خشکسالی اطلاعات متنوعی مربوط به بارندگی، برف پشته، جریانهای سطحیتامینودیگر مؤلفههای آب را به یک تصویر قابل فهم از وضعیت خشکسالی تبدیل میکنند. در ذیل اسامی متداولترین و مشهورترینهاییشاخص که به کمک آنها مفاهیم خشکی و یا خشکسالی را میتوان به صورت کمی نشان داد، ارائه و پس از آن توضیح مختصری از چگونگی تعیین و محاسبه آن دسته از شاخصهای استفاده شده در این تحقیق آمده است. (لازم به ذکر است که در بیشتر موارد نه تنها یک شاخص، بلکه لازم است چند شاخص به صورت همزمان برای تعیین بهتر ویژگیهای یک رویداد خشکسالی و یا خشکی در یک منطقه خاص مورد استفاده قرار گیرد . گرچه هیچ یک از شاخصهای اصلی از نظر تمام ویژگیها نسبت به شاخصهای دیگر برتری ندارند، معذالک بعضی شاخصها برای برخی کاربردها مناسبتر از شاخصهای دیگر میباشند).
-1 شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI )Palmer Drought Severity Index
-2 شاخص تأمین آب سطحی Surface Water Supply Index (SWSI)
-3 شاخص بارندگی استاندارد Standard Precipitation Index (SPI)
-4 شاخص خشکسالی دفتر عمران اراضی آمریکا Reclamation Drought Index (RDI)
-5 شاخص خشکی پالفی Palfai Aridity Index (PAI)
-6 شاخص درصد از نرمال Percent of Normal Index (PNI)
-7 شاخص رطوبت گیاه Crop Moisture Index (CMI)
-8 شاخص دهکها یا نمایه عشری Rainfall Deciles Index (RDI)
-9 شاخص معیار بارندگی سالیانه (SIAP)1
-1-1-1 شاخص بارندگی استاندارد Standard Precipitation Index (SPI) (سلامت، علیرضا، محمدرضا یاسین، آل 1380)
این شاخص براساس احتمال بارندگی در هر مقیاس زمانی استوار است. این شاخص در سال 1993 بوسیله مککی2 و همکاران تهیه گردید تا میزان کمبود بارندگی در مقیاسهای زمانی چندگامی تعیین شود. مقیاسهای زمانی، تأثیر خشکسالی را بر قابلیت دسترسی به منابع مختلف آب منعکس میسازد.
شرایط رطوبتی خاک به بارندگیهای غیرمتعارف در یک مقیاس زمانینسبتاً کوتاه واکنش نشان میدهد، در حالی که آب زیرزمینی، جریان رودخانهها و سدهای مخزنی، غیرمتعارف بودن بارندگی را در درازمدت منعکس میکنند. به همین دلیل شاخص بارندگی استاندارد در اصل برای مقیاسهای زمانی 3، 6، 12، 24، 48 ماه محاسبه شده است.
محاسبه شاخص بارندگی استاندارد برای هر محل براساس آمار بارندگی درازمدت برای یک مدت دلخواه استوار است. این امر درازمدت به یکی از توزیعهای احتمالی برازش داده شده سپس به توزیع نرمال تبدیل میگردد تا متوسط شاخص بارندگی استاندارد برای محل و مدت مورد نظر صفر شود. اقلام مثبت شاخص بارندگی استاندارد نشانگر بارندگی بیشتر از حد متوسط است، حال آنکه اعداد منفی بیانگر بارندگی کمتر از حد میانگین میباشد. آب و هوای خشکتر و مرطوبتر میتواند به همان شیوه به نمایش درآید و دورههای مرطوب نیز می تواند با استفاده از این شاخص کنترل شود .
طبقهبندی ارقام شاخص بارندگی استاندارد به شرح زیر است :
هر وقت که شاخص بارندگی استاندارد به طور مداوم منفی شود و به شدتی برسدباشدکه این شاخص -1 یا کمتر خشکسالی اتفاق میافتد. هر وقت شاخص بارندگی استاندارد مثبت شود خشکسالی پایان میپذیرد. بنابراین دوره هر خشکسالی بر حسب آغاز، پایان و شدت در هر ماهی که تداوم داشته تعریف میشود. مقادیر تجمعی خشکسالی نیز میتواند شدت خشکسالی را نشان دهد که مقدار آن برابر حاصل جمع مثبت شاخص بارندگی استانداردرویدادبرای تمام ماههای خشکسالی می باشد
از مزایای این شاخص آن است که میتواند برای مقیاسهای متفاوت زمانی محاسبه شده و قادر است قبل از خشکسالی وقوع آن را هشدار داده و شدت خشکسالی را ارزیابی نماید. شاخص بارندگی استاندارد نسبت به شاخص پالمر پیچیدگی کمتری دارد .
-2-1-1 شاخص درصد از نرمال Percent of Normal Index (PNI) (اولین کنفرانس ملی برسی راهکارهای مقابله با کمآبی و خشکسالی، (1379
شاخص درصد نرمال در واقع ساده ترین شاخصی است که برای ارزیابی خشکسالی مورد استفاده قرار میگیرد. این شاخص از تقسیم میزان بارندگی نرمال بدست آمده و بر حسب درصد بیان میشودمعمولاً. میانگین 30 ساله را برای محاسبه نرمال در نظر میگیرند. این شاخص برای هر دوره زمانی دلخواه مانند یک ماه، یک فصل و یا یک سال قابل محاسبه میباشد ولی چنانچه برای یک دوره فصلی و در یک منطقه واحد مورد استفاده قرار گیرد شاخص مؤثری در ارزیابی خشکسالی خواهد بود . در عین حال باید توجه کرد که به هنگام استفاده از این شاخص ممکن است به سادگی دچار اشتباه شویم زیرا در برخی شرایط این شاخص ممکن است در موقعیتها و فصلهای متفاوت که شرایط بارندگینسبتاً یکسانی دارند، مقادیر متفاوتی را نشان دهد. علت چنین نقشی در این شاخص این است که همیشه میانگین بارندگی با فراوانترین مقدار بارندگی واقع شده یکسان نیست (لازم به توضیح است که در توزیع نرمال، میانگین بر میانه منحنی که بر بیشترین فراوانی منطبق است، یکسان میباشد). بنابراین در مناطقی که توزیع بارندگی در یک دوره طولانی از منحنی نرمال انحراف داشته باشد، ارتباط دادن مقدار انحراف از نرمال به واقعیت انحراف بارندگی از میزان طبیعی آن دشوار خواهد بود. در این شرایط شاخص درصد نرمال راهنمای خوبی برای تصمیمگیری در مورد امکان وقوع خشکسالی و شدت آن برای برنامهریزی نخواهد بود. طبقهبندی شدت خشکسالی با استفاده از روش فوق به قرار ذیل میباشد :
-3-2-1 شاخص معیار بارندگی سالیانه (SIAP) (اولین کنفرانس ملی بررسی راهکارهای مقابلهو با کمآبی خشکسالی، (1379
اصولاً مقایسه داده های آماری موقعیکه دارای یک مبنای مشترک نباشد، صحیح نیست. به عنوان مثال در ایستگاههای هواشناسی چنانچهصرفاً ارزشگذاری را بر مبنای میزان انحراف از نرمال قرار دهیم نمیتوان این ایستگاهها را با یکدیگر مقایسه نمود. به طور کلی برای مقایسه دادههای بارندگی بایستی آنها را به صورت نسبی درآورد و هر کدام را نسبت به پارامترهای اساسی که در جامعه اماری مورد بررسی وجود دارد بیان کرد. بهترین روشی که برای تبدیل دادههای خام بارندگی به اندازههای نسبی وجود دارد این است که انحراف مقادیر بارندگی از میانگین را بر انحراف معیار تقسیم نمود. خلیلی 1370) و (1377 بهمنظور بررسی روند خشکسالیها و ترسالیهای شاخص معیار بارندگی سالیانه را به صورت زیر ارائه نمود:
که در آن pi بارندگی سال هیدرولوژی، p میانگین بلندمدت وSD انحراف معیار است.
طبقه بندی شاخص معیار بارندگی سالانه در جدول زیر آورده شده است :
-2-1 استفاده از میانگینهای متحرک جهت برآورد دورههای خشک و تر (مهدوی، محمد، (1378
یکی از روشهای بررسی دورههای ترسالی و خشکسالی استفاده از میانگین متحرک میباشد. چنانچه تغییرات بارش سالانه در طی یک دوره مشترک آماری در نظر گرفته شود، به سبب تغییرات سالانه مقادیر بارش سالانه بررسی روند تغییرات به راحتی قابل انجام نمیباشد. از این رو میتوان با ترسیم میانگین متحرک بارش سالانه روندهای ترسالی و خشکسالی را بررسی نمود. میانگین متحرک در پایههای زمانی مختلف محاسبه و ترسیم میشود که بستگی به طول آمار مورد بررسی و تغییرپذیری سری دادهها اغلب از ومیانگین7و 53 ساله و یا بیشتر استفاده میشود. جهت محاسبه مختصات میانگین متحرک در پایه زمانی N سال، تعداد سالهای ماقبل و مابعد (n) با استفاده از فرمول زیر تعیین میگردد :
به طور مثال جهت محاسبه مختصات میانگین متحرک 5 ساله در هر سال، میانگین بارش سالانه همان سال و دو سال قبل و دو سال بعد از آن محاسبه میگردد به طور کلی خشکسالیها و ترسالیهااحتمالاً از یک ریتم خاص و مشخص تبعیت میکنند. ثبت اطلاعات هواشناسی و هیدرولوژیکی در مناطق مختلف و تجزیه و تحلیل آماری آنها امکان پیشبینی خشکسالی و وسعت و شدت آن را ممکن ساختهاند و در نهایت این امکان را به ما میدهند تا از چگونگی وقوع خشکسالی در آینده دید بهتری داشته باشیم. از آنجا که پدیده خشکسالی همانند سایر پدیدههای جوی است، تحلیل آن نیاز به اطلاعات کافی ودرازمدت داشته و هرچه تعداد سالهای مورد استفاده بیشتر باشد نتایج از دقت بیشتری برخوردار هستند. درخصوص پدیده خشکسالی طبق گزارش سازمان هواشناسی جهانی حداقل سالهای آماری مورد نیاز مانند سایر بررسیهای آب و هوایی 30 ساله میباشد.
-3-1 چگونگی جمعآوری و تهیه آمار و اطلاعات
در این تحقیق جهت تعیین شدت خشکسالیهای وقوع یافته در گذشته و همچنین پیشبینی وقوع خشکسالی در آینده از آمار بارندگی ایستگاههای مبنا، مورد توافق بین سازمان هواشناسی کل کشور و وزارت نیرو استفاده شده است. این آمار براساس دادههای مربوط به 104 ایستگاه هواشناسی شاخص با استفاده از روش تیسن وزنی برای زیر حوضهیاها حوضههای فرعی 30 گانه کشور پردازش شده اند. اطلاعات و آمار پایه جهت پردازش و تعیین پارامتر بارندگی برای حوضههای فرعی از سال آبی 1347-48 تا سال آبی 1381-82 مورد استفاده قرار گرفته است. لازم به ذکر است که پردازش و بازسازی نواقص آماری و غیره در هر کدام از حوضههای فرعی 30 گانه به صورت ماهیانه و سالیانه توسط دفتر مطالعات پایه منابع آب (تماب) صورت پذیرفته است و این آماردر کلیه بخشهای وزارت نیرو مرتبط با مطالعات هواشناسی و هیدرولوژی مورد استفاده قرار میگیرد. در نقشه شماره یک محدودههاییکحوضه آبریز ششگانه درجه ایران و زیرحوضه های سیگانه آن به نمایش درآمده است.
نقشه – (1) محدوده حوضههای اصلی ششگانه و زیرحوضههای سیگانه کشور (http//www.WRM.or.ir)
-4-1 تحلیل خشکسالی به روش شاخصهای SIAP، SPI و PNI (ثابت رفتار، عالیه، (1383
از بین روشهای بررسی خشکسالی میتوان گفت که بهترین و سادهترین روش استفاده از شاخصهاست. زیرا اکثر شاخصها محاسبات خود را حسب پارامتر بارندگی انجاممیدهند و در واقع تحلیلها نیز بر اساس تغییرات همین پارامتر انجام میگیرد. در این بخش و با توجه به نیازهای تحقیق حاضر، استفاده از سه شاخص SIAP و SPI و PNI پیشنهاد گردید.
استفاده از شاخص SIAP بعلت سهولت در محاسبات و همچنین اطمینان نسبی از نتایج آن میباشد. بطور کلی این شاخص، یک شاخص سالانه میباشد که خشکسالی را حسب تغییرات بارندگی نسبت به میانگین، بررسی بخش میکند.
مهم در استفاده از این شاخص، تعریف آستانههای آن میباشد که میتواند فونت 5 با اعداد دیگر همسان گردد به نظر یرسد فونت کوچکتر است. 5،7 و یا 9 آستانه داشته باشد. که در این تحلیل از روش 9 آستانهای استفادهشده است. یعنی در واقع آستانههای دهکی برای آن تعریف شدهاست.
شاخص دیگری که در این تحلیل استفاده شد شاخص SPI میباشد. این شاخص یک شاخصهر ماهانه میباشد و با طول زمانی که بخواهیم میتوانیم این شاخص را محاسبه نموده و تحلیل نماییم که این موضوع در واقعبودندینامیک شاخص فوق را نشان میدهد. یکی از مزایای این شاخص این است که دادههای بارندگی را نرمال نمیداند و دادهها را بر توزیع گاماعموماَ( بهترین برازش را بر دادههای ماهانه بارندگی دارد) برازش میدهد. سپس از روی منحنی گاما، هماحتمال آنرا در منحنی نرمال مشخصکرده و سپس عدد Z یا همانSPI را از آن استخراج میکند.
درتعیین شدت خشکسالی باروشSIAP و SPI و درصد از میانگین از آمار بارندگی 30 حوضه فرعی کشورکه بصورت سالیانه با استفاده ازروش تیسن وزنی توسط دفتر مطالعات پایه منابع آب ازسال 1351بودتا سال 1381 تهیه شده استفادهگردید که نتایج نهایی برآورد شدت خشکسالی بااستفاده ازاین روش بصورت چکیده درجدولنقشه1،2 و 3 و شمارهو 32 آورده شده است .
-5-1 تحلیل خشکسالی به روش میانگینهای متحرک (ثابترفتار، عالیه، (1383
نتایج حاصل از تحلیل خشکسالی به روش میانگینهای متحرک 3، 5 و 7 ساله (در طی دوره آماری (1347-1381 که توضیحات تئوریک آن در بخش 2-1 آمده استاستدر جداول شمارهو 54 آمده است
