بخشی از مقاله
چکیده
تعیین دورههای ترسالی و خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک جایگاه خاصی در مدیریت بهینه منابع آب دارد. خشکسالی یکی از پدیدههای جوی است که بخشهای مختلف محیطی را در طول دوره وقوع تحت تاثیر قرار میدهد.
تحلیل توالی وقوع دورههای خشک و مرطوب و نیز کمی نمودن خصوصیات خشکسالی مانند شدت، مدت، و گستره وقوع خشکسالی از مهمترین بحثها در پیشبینی و مدیریت خشکسالی هیدرولوژیک است. در این راستا، تئوری ران یکی از ابزارهای کاربردی در تحقیق سریهای زمانی دادههای هیدرواقلیمی است. در این تحقیق پل بهراملو واقع در منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان غربی و در 150 کیلومتری جنوب شهرستان ارومیه میباشد، که شامل تعدادی از ایستگاههای اطراف رودخانه زاب، که ایستگاه مورد مطالعه در این پژوهش پل بهراملو میباشد .
برای برآورد مشخصههای خشکسالی شامل مدت، شدت، مقدار و نرخ خشکسالی از تئوری ران - Run Theory - استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد با افزایش شدت و مدت خشکسالی میزان کمبود حجم جریان در منطقهی مورد مطالعه افزایش خواهد یافت و همچنین با افزایش مدت خشکسالی، شدت خشکسالی کاهش خواهد یافت و شدیدترین تداوم خشکسالی یک دوره 47 ماهه است.
مقدمه
خشکسالی یکی از پدیده های محیطی شناخته شده است که تبعات اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی را به دنبال دارد. بنابراین، بررسی و تحلیل آن برای مدیریت و برنامه ریزی بهتر منابع آب حائز اهمیت است .
تعیین زمان شروع و پایان خشکسالی مشکل است و تاثیرهای آن به تدریج برای یک دوره بلندمدت تجمع یافته و برای سالهای پس از آن هم ادامه دارد. از ویژگیهای عمومی خشکسالیها میتوان به میانگین بالای دما، کمبود بارش، کاهش رطوبت خاک و کمبود آبهای سطحی و زیر سطحی اشاره کرد .
خشکسالی را میتوان به چهار نوع تقسیمبندی نمود: خشکسالی هواشناسی، هیدرولوژیکی، کشاورزی و اقتصادی- اجتماعی
براین اساس، خشکسالی هواشناسی زمانی رخ میدهد که بارندگی سالانه و یا هر زمان معینی - ماهانه، فصلی - کمتر از میانگین دراز مدت آن باشد. ادامهی خشکسالی هواشناسی برای یک مدت زمان طولانی باعث وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی و کشاورزی میشود
در مناطقی که شرایط خشکی حاکم است پدیده خشکسالی به طور مکرر و زیاد اتفاق می افتد، به عبارت دیگر، میانگین بارش سالانه و آب قابل دسترس، به طور دایم در منطقه کم می باشد. معمولا مناطقی که مقدار بارش سالانه آنها کمتر از مقدار تبخیر و تعرق مطلق آنها در همین مدت باشد، دارای آب و هوای خشک بوده، چنین مناطقی در تمام ماه های سال بارندگی ندارند. خشکسالی در مناطق مرطوب هم اتفاق میافتد، ولی دفعات آن نسبت به سالهای مرطوب خیلی کمتر است.
بنابراین خشکسالی شرایط مخصوص دایم یک منطقه نیست و امکان دارد که در هر نوع اقلیم و یا رژیم آب و هوایی رخ دهد. تجزیه و تحلیل خشکسالی در پروژههای تامین آب از اهمیت زیادی برخوردار است. در تحلیل منطقههای خشکسالی هیدرولوژیکی، با برقراری ارتباط میان ویژگیهای حوزههای آبخیز و شاخصهای جریان، میتوان شدت خشکسالی را برآورد کرد.
سمیعی و همکاران [5] در مطالعه خود، آنالیز فراوانی شدت خشکسالی هیدرولوژیکی با توزیع نرمال را در 12 زیرحوزه واقع در استان تهران انجام دادند. از طرف دیگر، با استفاده از 19 متغیر حاصل از ویژگیهای فیزیوگرافی، اقلیمی و زمینشناسی، تجزیه و تحلیل عاملی صورت گرفت و چهار عامل مساحت، بارش متوسط سالیانه، متوسط وزنی نفوذپذیری خیلی کم و شیب متوسط حوزه به عنوان عوامل موثر شناسایی شد.
برای برآورد شدت خشکسالی هیدرولوژیکی، از تئوری ران استفاده گردیده و نتایج ایشان نشان داد که در منطقه مورد مطالعه مدل های حاکم در منطقه همگن دقت بیشتری نسبت به مدلهای کل منطقه دارد و عامل مساحت شدت خشکسالی را با دقت مناسب برآورد کردند.
بابابی و همکاران [6] در مطالعه خود ارتباط بین رخداد خشکسالیهای هواشناسی و هیدرولوژیکی در حوزه آبریز زاینده رود با استفاده ازشاخصهای بارش استاندارد و ذخیرهی آب سطحی بهترتیب برای بررسی تغییرات مکانی و زمانی استفاده کردند. نتایج بررسی شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی نشان داد که شدیدترین خشکسالی درفاصله زمانی آبان 1378 - 1379در تمامی سطح حوزه بوده است. بهطوری که فاصلهی زمانی تشخیص خشکسالی به وسیلهی این دو شاخص بوده، که فاصلهی زمانی خشکسالیهای شناسایی شده بین 3 تا 11 ماه و با میانگین 7 ماه متغیر است.
تحقیق حاضر با هدف بررسی خشکسالی هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز پل بهراملو با استفاده از تئوری Run بهمنظور محاسبه فراوانی، شدت و تداوم خشکسالی واقع در استان آذربایجان غربی انجام گرفته است.
مواد و روشها:
منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان غربی و در 150 کیلومتری جنوب شهرستان ارومیه در محدوده طول و عرض جغرافی ایی 65 45 الی 36 09 قرار دارد. که شامل تعدادی از ایستگاههای اطراف رودخانه زاب، که ایستگاه مورد مطالعه در این پژوهش شامل پل بهراملو میباشد. موقعیت منطقه مورد مطالعه در شکل - 1 - ارائه شده است.
دنبالهها، از روشهای متداول تحلیل خشکسالی استفاده میشود که در این روش اگر مقادیر دبی از یک حد آستانه کمتر باشد خشکسالی و یا کم آبی رخ میدهد. در این روش معمولا دورههای بالا و پایین - Runs - یک حد آستانه مشخص مورد بررسی قرار میگیرد و در واقع به این روش، روش تئوری دنبالهها گفته میشود.
یوجویچ[ 7] 1، با استفاده از تئوری Run سه ویژگی مهم خشکسالی - تداوم، شدت و بزرگی خشکسالی - را تعریف و تشریح کرد و نتیجه گرفت که تئوری ران2 کاربردهای مؤثری در تحلیل روند خشکسالی ها دارد. بر اساس روش ران تعریف خاصی را برای خشکسالی قائل شد. منظور از ران، دنبالهی ممتدی از دنبالهها است که مقدار آ نها بزرگتر یا کوچکتر از حد - مبنا - باشد. در این تعریف منظور از خشکسالی، یک رشتهی بدون وقفه از متغیره است که زیر سطح مبنا قرار گرفته است.
تئوری ران : - Run Theory - به هنگام استفاده از تئوری ران در بررسی خشکسالی، این تئوری به صورت کمی بیان می دارد که چگونه فرآیند هیدرولوژیکی از بالا و پایین یک آستانه بحرانی عبور میکند. قبل از تحلیل دادهها باید به درصدی از میانگین، باقیمانده میانگین تبدیل شوند. شکل - - 1 یک سری زمانی گویا از متغیرهای هیدرولوژیکی را در فرآیند تئوری ران نشان میدهد، که در آن - Xo - مقداری از متغیر - - X است که مقادیر منفی نسبت به آن مشخص و تعریف میشود. به عبارتی، - Xo - همان سطح بحرانی است برای تحلیل خشکسالیها فقط باقیماندههای منفی مورد توجهاند، اما ویژگیهایی نیز برای تحلیل ترسالیها و ماههایتر وجود دارد زمانی که مقدار - X - به زیر - Xo - افت کند شروع خشکسالی را نشان میدهد.
شکل :1 موقعیت ایستگاه پل بهراملو در ایران و استان آذربایجان غربی
تحلیلهای خشکسالی مجموعهای از تحلیل های هیدرولوژیکی به طور عام میباشد که با تکیه بر بررسی و شناخت کمبود ها در مولفههای مختلف چرخه آبی انجام میگیرد. از آنجا که تحلیلهای خشکسالی معمولا حجم وسیعی از دادهها را چه به لحاظ گستردگی مکانی و زمانی در برمی گیرد، تحلیل های آماری نقش مهمی در این محاسبات دارد. مشخصه خشکسالی، تعریف سه مشخصهی خشکسالی عبارتند از: تداوم تعداد سالهای پشت سر هم که در آنها بارش - جریان سالانه - ، پایینتر از میانگین دراز مدت قرار دارد. شدت : تجمع مقادیر بارش - جریان سالانه - برای تداوم خشکسالی. مقدار: متوسط کمبودهای جریان برای تداوم خشکسالی، بررسی و تحلیل
شکل :2 تعیین مشخصههای خشکسالی و ترسالی در یک سری زمانی بارش یا رواناب
در تحقیق حاضر به منظور بررسی خصوصیات خشکسالی - زمان شروع، زمان خاتمه، تداوم خشکسالی، شدت خشکسالی و بزرگی خشکسالی - از تئوری Run - تحلیل دنبالهها - استفاده گردید. این تئوری فرآیند شروع و خاتمه خشکسالی و ترسالی را از حد بالا و پایین یک آستانهی بحرانی تعیین مینماید
در این تحقیق با استفاده از سری زمانی دادههای دبی روزانه ایستگاه هیدرومتری پل بهراملو دوره های خشکسالی استخراج و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. برای برآورد شدت، تداوم ، مقدار و نرخ خشکسالی مدت خشکسالی و ترسالی: مشخصه مدت با استفاده از شمارش تعداد خشکسالی و تر سالی متوالی محاسبه شد. مقدار - حجم خشکسالی - : جمع تمام مقادیر کوچکتر از صفر در هر تداوم و برای تر سالی نیز جمع تمام مقادیر بزرگتر از صفر در هر تداوم - ران - . شدت: نسبت حجم خشکسالی و ترسالی به تداوم
نرخ خشکسالی: با جمع کردن مقادیر منفی و مثبت متوالی درکل دوره آماری برای خشکسالی و ترسالی محاسبه گردید. مقدار - حجم خشکسالی - : جمع تمام مقادیر کوچکتر از صفر در هر تداوم و برای تر سالی نیز جمع تمام مقادیر بزرگتر از صفر در هر تداوم - ران - هیدرولوژیکی، از تئوری ران استفاده شد . به این صورت که ابتدا با استفاده از میانگین دراز مدت مقادیر کمتر و بیشتر از صفر محاسبه گردید.
نتایج:
در این تحقیق در ایستگاه پل بهراملو واقع در استان آذربایجان غربی با توجه به آنالیز مشخصههای خشکسالی نتایج به دست آمده شامل موارد زیر میباشد. با توجه به دوره آماری 1337 -1336 تا - 1390 1391 و استفاده از دادههای روزانه دبی و روش حد آستانه ثابت، پارامترهای خشکسالی هیدرولوژیکی از قبیل: شدت خشکسالی، حجم خشکسالی، حجم کمبود جریان، مدت دوره خشکی و تاریخ وقوع آن برای ایستگاه پل بهراملو بر اساس روش تئوری Run استخراج گردید و نتایج مورد تجزیه و تحلیل، سپس خشکسالیها با تداومهای مختلف تعیین و در نمودارهای زیر ارائه شده است.
شکل :4 رابطه شدت خشکسالی و کمبود جریان هیدرولوژیک در ایستگاه پل بهراملو استان آذربایجانغربی
با توجه به نمودار 4 - - ، رابطهی شدت خشکسالی و کمبود جریان هیدرولوژیکی نشان داده که شدت خشکسالی با حجم کمبود جریان رابطهی مستقیم دارد. با افزایش میزان شدت خشکسالی، حجم کمبود جریان به همان نسبت افزایش خواهد یافت.
شکل :5 رابطه مدت و حجم کمبود جریان در ایستگاه پل بهراملو استان آذربایجانغربی
نمودار - 5 - ، رابطهی مدت و حجم کمبود جریان نشان میدهد که با افزایش مدت خشکسالی، میزان حجم کمبود جریان در منطقه نیز افزایش مییابد. ولی به طور کلی میزان کمبود جریان در طول دوره خشکسالی بستگی به حجم خشکسالی نیز دارد.
شکل :3 تعداد توالیهای خشکسالی و ترسالی با مدتهای متفاوت در ایستگاه پل بهراملو استان آذربایجانغربی
شکل :6 رابطه مدت و شدت خشکسالی هیدرولوژیک در ایستگاه پل بهراملو استان آذربایجانغربی
نمودار - - 6، با افزایش تداوم خشکسالی، شدت خشکسالی افزایش نمییابد . در این نمودار شدیدترین خشکسالی دارای تداوم زمانی کمتر از 10 میباشد و همچنین بیشترین تداوم دارای شدت متوسط میباشد با توجه به این نتایج میتوان گفت که شدت و مدت خشکسالی رابطه مستقیم ندارند.
بحث و نتیجه گیری:
با برنامهریزی اصولی باید حداکثر بهرهبرداری از منابع آب سطحی با توجه به اولویتها و نیز وقوع خشکسالیها عملی شود. برای نیل به این هدف شناخت دوره های خشکسالی، تعیین مناطق تحت تاثیر خشکسالی، برآورد شدت خشکسالی و شناخت عوامل موثر بر شدت خشکسالی ضروری است. خشکسالی، یک ویژگی طبیعی اقلیم است. این پدیده تقریبا در تمامی مناطق اقلیمی رخ می دهد
