بخشی از مقاله
مقدمه
خشکسالی یک پدیده آب و هواشناسی برگشت پذیر است. این پدیده در دوره های مختلف زمانی، زندگی بشر و محیط زیست طبیعی آن را تهدید کرده است. اثرات خشکسالی با خسارت سالانه در حدود 6 تا 8 میلیارد دلار در سطح جهان از وقایع طبیعی بسیار مخرب می باشد - ویلهایت، . - 2000 شاخصهای خشکسالی معمولاً توابعی از بارش، دما، دبیهای رودخانه یا دیگر متغیرهای قابل اندازهگیری هیدرولوژیکی هستند - سامختین و هوقس، 2007، شوکلا و وود، - 2008 که در تحلیل کمی و تعیین دقیق دوره های مرطوب و خشک بسیار مهم ارزیابی شده اند - سیلوا، . - 2003 شاخص های خشکسالی، یک مقدار کمی می باشند که با استفاده از یک سری از داده های مشخص به تحلیل کمی و تعیین خصوصیات خشکسالی می پردازند
- زرگرو همکاران، . - 2011 یکی از اقدامات مهم و اساسی در مطالعات خشکسالی هر منطقه، تعیین شاخصهایی است که بتوان بر اساس آن میزان و شدت تداوم خشکی را در آن منطقه ارزشیابی کرد - عرفانیان و علیزاده، . - 1388 هدف از تعریف یک شاخص خشکسالی، شناسایی و تعیین سه ویژگی خشکسالی یعنی شدت، مدت و گستردگی مکانی آن است. تاکنون از شاخص های مختلفی برای ارزیابی خشکسالی استفاده شده است که از جمله آنها می توان به شاخص بارش استانداردشده - SPI - 1، شاخص رواناب استانداردشده - SRI - 2 ، شاخص پالمر - PDI - و شاخص خشکسالی جریان - SDI - اشاره نمود. مک کی و همکاران - 1993 - دریافتند که میزان بارش یکی از پارامترهای بسیار مهم در ارزیابی خشکسالی است و می تواند خشکسالی هواشناختی را به خوبی مورد ارزیابی قراردهد.
روشی که آنها بر مبنای بارش ارائه دادند امروزه به عنوان روش پایه در شاخص های دیگر نیز مورد استفاده قرارمی گیرد. وود و شوکلا - 2007 - با شبیه سازی میزان رواناب و استفاده از یک شاخص خشکسالی مبتنی بر جریان، نشان دادند که شاخص جدید رواناب استانداردشده - SRI - در فصل هایی که بارش کم است بهتر از شاخص بارش استاندارد - SPI - عمل می کند زیرا هم شرایط آب و هوایی و هم شرایط هیدرولوژیکی را در نظر می گیرد. تیلور و همکاران - 2013 - تغییرات مکانی رخدادهای خشکسالی در آینده بهواسطه گرمایش جهانی و تغییرات آب و هوایی را با بهره از شاخصهای خشکسالی بررسی کردند؛ که در آن از شاخص بارش استاندارد شده - SPI - و رواناب استانداردشده - SRI - به عنوان نماینده شاخص اقلیمی و هیدرولوژیکی استفاده شد.
طبق نتایج به دست آمده خشکی در طول زمان در اکثر نقاط جهان در حال افزایش است. آذره و همکاران - 2014 - به محاسبه دو شاخص بارش استاندارد شده - SPI - و شاخص خشکسالی جریان - SDI - به منظور بررسی ارتباط بین اثر خشکسالی بر آب های سطحی حوضه سد کرج پرداختند. نتایج نشان داد که خشکسالی هیدرولوژیکی و هواشناسی در سطح 99 درصد باهم در ارتباط هستند؛ که بیشترین ارتباط مشاهده شده در دوره 3 ماهه بوده است. توکارکزیک و زالینسکا - 2014 - به تحلیل بارش، کمبود آب و طبقهبندی شرایط هیدرومتئورولوژی با استفاده از داده های ماهانه، دو شاخص SPI و SRI و روش زنجیره مارکوف در دو حوضه در لهستان پرداختند. نتایج نشان داد که در لهستان اغلب، خشکسالی هواشناختی به خشکسالی هیدرولوژیکی در همان ماه تبدیل می شود
. امروزه خشکسالی و در نتیجه کمبود آب یک تهدید جدی برای کشور ایران به حساب میآید.کشوری که با میانگین بارش 240 میلیمتر در سال، جزو کشور های نیمه خشک دنیا محسوب می شود. انتخاب شاخص مناسب برای یک منطقه بسیار سخت است چون شاخص های مختلف، جنبه های مختلفی از خشکسالی را ارائه می دهند. با توجه به اهمیت موضوع خشکسالی هیدرولوژیکی، هدف از تحقیق حاضر بررسی کارایی شاخص SDI در تحلیل دوره های خشک و تر هیدرولوژیکی بر مبنای جریان می باشد تا به عنوان ابزاری جهت پیش آگاهی در مدیریت منابع آب مورد استفاده قرار گیرد.
مواد و روش ها منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز لیقوان، از دامنه های شمالی رشته کوه سهند سرچشمه می گیرد. چشمه سارهای متعددی از دره های شرقی و غربی لیقوان به آن می پیوندد و رودخانه دائمی را تشکیل می دهند. لیقوان چای به عنوان زهکش اصلی حوضه، در مسیر جنوب به شمال با آبیاری اراضی پایین دست در نهایت به رودخانه آجی چای می پیوندد. این رودخانه از زیرحوضه های اصلی دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران و جنوب شرقی استان آذربایجان شرقی واقع شده است.
رودخانه لیقوان چایدر دره نسبتاً عمیقی نسبت به سطح روستای لیقوان جریان دارد. مساحت حوضه برابر با 77 کیلومتر مربع و رژیم رودخانه برفی می باشد به همین دلیل این حوضه آبریز دارای شاخه بندی مشخص و کم تراکمی است. ارتفاع متوسط حوضه 2675 متر و بارش متوسط سالانه آن 318 میلیمتر است. همچنین شیب متوسط حوضه 25 و شیب متوسط آبراهه اصلی آن 11 درصد است - مکاریان و همکاران،. - 1393 در این مطالعه از آمار دبی ماهانه ایستگاه هیدرومتری لیقوان در طول دوره آماری 1367 تا 1390 استفاده گردید.
شاخص خشکسالی جریان - SDI -
شاخص خشکسالی جریان - SDI - 3 توسط نل بنتیث و تساکریس - 2009 - و شاخص رواناب استاندارد - SRI - توسط شوکلا و وود - 2008 - توسعه یافت.
شاخص خشکسالی جریان - SDI - از روابط زیر قابل محاسبه می باشد - شوکلا و وود : - 2008 - که در آن دبی ماه j ام از سال آبی i ام، مقدار تجمعی دبی در دوره k ماهه از سال آبی i ام، و به ترتیب میانگین و انحراف معیار داده ها هستند. بر پایه شاخص بارش استاندارد - SPI - ، برای شاخص SDI نیز پنج حالت برای توصیف خشکسالی جریان وجود دارد. خشکسالی زمانی روی می دهد که مقدار شاخص منفی باشد. در جدول 1 حالات مختلف توصیف خشکسالی جریان با توجه به مقادیر شاخص SDI آورده شده است. در این تحقیق مقادیر کوچکتر از -1 به عنوان خشکی تاثیرگذار انتخاب شده اند. همچنین خشکسالی برای دوره های 3 ، 6 ، 9 ، 12، 24 و 48 ماهه محاسبه شده است.
یافته ها و بحث
با استفاده از شاخص خشکسالی جریان - SDI - وضعیت خشکسالی حوضه لیقوان چای بر اساس آمار دبی ماهانه تعیین و در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که از شکل استنباط می گردد تطابق خوبی از خشکسالی های به وقوع پیوسته بر اساس مقادیر کمبود جریان وجود دارد. شاخص SDI در گام های زمانی کوتاه از نوسانات بیشتری نسبت به گام های زمانی بلندمدت برخوردار می باشد. تمامی شاخص ها، بزرگترین رویداد خشکسالی تعیین شده در حوضه لیقوان را در بازه زمانی 1377 تا 1381 نشان می دهند.
خشکسالی های اتفاق افتاده طی سالهای 1377تا 1380 از شدیدترین خشکسالی های به وقوع پیوسته در سطح کشور بودند - مقدسی و همکاران،. - 1384 از مهر ماه 1377تا بهار 1378، کل بارش کشور نسبت به سال 1376 حدود 40 درصد کاهش داشته است و حدود 57 درصد شهرهای کشور در معرض خشکسالی قرار داشته اند - وارثی و همکاران،. - 1389 در منطقه مورد مطالعه نیز شاخص SDI به خوبی این رویداد را شناسایی کرده است. به منظور ارزیابی دقیق از وقوع تعداد ترسالی ها و خشکسالی ها، تعداد فراوانی و درصد فراوانی دوره های خشک و تر بر اساس شاخص SDI در گام های مختلف زمانی استخراج و در جدول 2 ارائه شده است.
بر طبق جدول 2، بیشترین فراوانی وقوع خشکسالی برای تمامی گام های زمانی، متعلق به خشکسالی ملایم است. از لحاظ تعداد وقوع ترسالی و خشکسالی، با استناد به نتایج شاخص SDI-3، SDI-6، SDI-9 درصد فراوانی خشکسالی ها بیشتر از ترسالی ها می باشد و بر اساس شاخص SDI-24، SDI-48 تعداد رویداد های ترسالی بیشتر از مجموع رویداد های خشکسالی بوده است. تنها شاخصSDI-12 درصد فراوانی وقوع ترسالی ها و خشکسالی را به طور نرمال نشان داده است. مکی و همکاران - 1993 - معتقدند که در صورت مطابقت توزیع گاما با سری داده ها، توزیع ترسالی ها و خشکسالی ها بایستی به طور نرمال باشد. بنابراین در حوضه لیقوان چای شاخصSDI-12 با قابلیت اعتماد قادر به تعیین خصوصیات خشکسالی خواهد بود.
از نظر رویدادهای ترسالی اتفاق افتاده در حوضه به منظور بررسی جبران خسارات خشکسالی لازم به توضیح است که بزرگترین رویداد ترسالی بر اساس شاخص SDI-3، از اردیبهشت 1381 تا مهر1383 با تداوم 18 ماهه و بزرگی 11/56 و حداکثر شدت 1/25 بوده است که در مقایسه با تداوم خشکسالی اتفاق افتاده بر اساس شاخص-SDI 3، از لحاظ خصوصیات قابل مقایسه نبوده و جبران اثرات آن با چنین ترسالی هایی امکان پذیر نخواهد بود - بزرگترین رویداد خشکسالی بر اساس شاخص SDI-3، از تیر 1376 تا مرداد 1379 با تداوم 38 ماهه و بزرگی -42/93 و حداکثر شدت . - -2/59 بزرگترین ترسالی اتفاق افتاده بر اساس شاخص SDI-6، از اردیبهشت 1381 تا اسفند 1383 با تداوم 23 ماهه و بزرگی 13/09 و حداکثر شدت 1/10 بوده است که با توجه به خصوصیات خشکسالی استخراج شده بر اساس این شاخص - بزرگترین رویداد خشکسالی از تیر 1376 تا مرداد 1380 با تداوم 47 ماهه و بزرگی -55/18 و حداکثر شدت - -2/56 امکان جبران اثرات خشکسالی قابل تصور نخواهد بود.
بزرگترین رویداد ترسالی بر اساس شاخصSDI-9 ، از خرداد 1380 تا اسفند 1383 با تداوم 34 ماهه و بزرگی 23/58 و حداکثر شدت 1/38 در مقابل رویداد خشکسالی استخراج شده از تیر 1376 تا مرداد 1380 با تداوم 47 ماهه و بزرگی -58/16 و حداکثر شدت -2/45 اصلا قابل مقایسه نبوده است. بر اساس شاخص SDI-12، دو رویداد ترسالی مهم در منطقه اتفاق افتاده است. یکی در خرداد 1370 تا خرداد 1374 با تداوم 49 ماهه و بزرگی 48/20 و حداکثر شدت 1/77 و دیگری در خرداد 1380 تا اردیبهشت 1383 با تداوم 36 ماهه و بزرگی 24/81 و حداکثر 1/23 می باشد. با مقایسه تر سالی ها در مقابل خشکسالی بر اساس شاخص SDI-12 - بزرگترین رویداد خشکسالی از تیر 1376 تا مرداد 1380 با تداوم 47 ماهه و بزرگی -63/40 و حداکثر شدت - -2/41 قابل درک خواهد بود که چرا اثرات خشکسالی در اکثر نقاط کشور جبران نشده است و هر سال بر شدت آن افزوده شده است.
بر اساس شاخص SDI-24 نیز بزرگترین رویداد تر سالی بعد از بزرگترین خشکسالی، مربوط به فروردین 1381 تا اردیبهشت 1384 با تداوم 38 ماهه و بزرگی 22/47 و حداکثر شدت 1/18 بوده است که در مقایسه با خصوصیات خشکسالی که قبل از آن بوده است - بزرگترین رویداد خشکسالی از مهر 1377 تا اسفند 1381 با تداوم 54 ماهه و بزرگی -73/10 و حداکثر شدت - -2/48 از مقادیر قابل توجهی برخوردار نمی باشد. بر اساس شاخص SDI-48 نیز می توان همین استنباط را داشت. بزرگترین رویداد ترسالی بر اساس شاخص SDI-48 به خرداد1383 تا فروردین 1386 با تدوام 48 ماهه و بزرگی 18/77 و حداکثر شدت 0/86 مربوط می گردد که در مقابل بزرگترین خشکسالی استخراج شده از اسفند 1377 تا اردیبهشت 1382 با تداوم 63 ماهه و بزرگی -88/18 و حداکثر شدت 2/71، قابل مقایسه نبوده است.
