بخشی از مقاله
چکیده
باتوجه به اهمیت آب در زندگی انسانها هر گونه کاهش در مقدار آب در دسترس بشر را با مشکل جدي مواجه میکند . این مشکل غالبا به صورت خشکسالی آشکار میشود وبه صورت مستقیم یا غیر مستقیم حیات بشر ودیگر جانداران راتحت تاثیر خود قرار میدهد.در این تحقیق بمنظور تعیین شاخص برتر از داده هاي بارندگی 36سال آماري 1355-1390 - هج ري شمسی - ، استفاده گردید.
براي این منظور از شاخصهاي Nitzche,PNPI, RAI, DI و شاخص SPI در مقیاسهاي مختلف استفاده گردید، براي این کار ابتدا همگنی داده ها بررسی شد، سپس با استفاده از تست PPCC توزیع پیرسون تیپ سوم بعنوان توزیع برتر شناخته شد، بعد از این مرحله با استفاده از مدل اتو رگرسیو مرتبه اول - AR - 1 - - توسط دادههاي تاریخی و تولیدي و تکنیک تولید دادههاي مصنوعی و زبان برنامه نویسی فرترن براي 1000 نمونه تولید گردید.
در نهایت نتایج حاصل از این تحقیق نشان میدهد،که بکارگیري شاخص SPI بترتیب داراي مزیت نسبی بالایی براي یک تحلیل جامع و دقیق تر داشته و شاخص نیچه هم براي تحلیل-هاي اولیه مناسبتر است. همچنین شاخص PNPI بعنوان نا کارآمد ترین شاخص براي پایش خشکسالی بوده و استناد به نتایج این شاخص براي پیش بینی خصوصیات خشکسالی داراي خطاي بالا و گمراه کننده خواهد بود.
همچنین بکارگیري روشهاي شبیه سازي مونت کارلو در تحلیل هاي جامع و دقیق تر خشکسالی ضروري بنظر رسیده و استناد به داده هاي تاریخی در چنین تحلیل هایی بسیار نامطمئن و با خطاي بالایی همراه خواهد بود، بنابراین می توان نتیجه گرفت که شدت خشکسالی در شاخص هاي بیان شده در دوره آماري آینده نسبت به دوره آماري تاریخی افزایش خواهد داشت، اما همچنان در آینده اکثرا شاهد خشکسالی متوسطی از نظر شاخص هاي خشکسالی خواهیم بود.
-1 مقدمه
خشکسالی نتیجهي کاهش میزان بارندگی در یک دورهي زمانی وسیع است که بسته به نوع اقلیم آن منطقه، ممکن است در مقیاس زمانی هفته، ماه، سال و یا چندین سال حادث گردد. خشکسالی پدیدهاي اجتناب ناپذیر و از جمله بلایایی است که باید آن را بدون امکان پیشگیري تلقی نمود، اما میتوان این پدیده را مدیریت و ساماندهی کرد
پدیده خشکسالی در هر منطقه اي حتی مناطق مرطوب ممکن است اتفاق بیافتد. این پدیده به عوامل و پارامترهاي مختلفی وابسته بوده و یکی از مهمترین نمادهاي این پدیده یعنی وقوع خشکسالی کاهش میزان بارندگی است و در نتیجه تجزیه و تحلیل داده هاي بارش براي بررسی خشکسالی از اهمیت ویژه اي برخوردار بوده، چراکه بارندگی مهم ترین متغیري است که تغییرات آن به طور مستقیم در رطوبت خاك، جریان هاي سطحی، تغییرات مخازن آب زیرزمینی و ... منعکس می شود.
عموماً خشکسالیها در چهار گروه هواشناسی - کمبود بارندگی در یک منطقه در یک بازه زمانی - ، کشاورزي - کمبود رطوبت خاك و عدم رشد گیاه براي یک پریود زمانی بدون تأثیر منابع آبهاي سطحی - هیدرولوژي - کمبود منابع آب سطحی براي مصارف آب مشخص از یک سیستم مدیریت منابع آب - اقتصادي و اجتماعی - شکست سیستم منابع آب در تأمین تقاضاي آب براي اقتصاد آبی خوب - طبقه بندي میشود
براي ارزیابی کمی وکیفی پدیده خشکسالی معمولاً از اخصهایی به عنوان شاخصهاي خشکسالی در سراسر دنیا استفاده می-شود. بطور مشخص تمامی شاخصهاي خشکسالی از بارندگیهایی بصورت تک یا همزمان با ترکیبی از سایر المانهاي اقلیمی از جمله درجه حرارت یا رطوبت خاك استفاده می کنند. بعنوان مثال یک ترکیب متغیرهاي هواشناسی شامل بارندگی و درجه حرارت براي شاخص شدت خشکسالی پالمر 1996 - ، - pdsi، شاخص رطوبتی گیاه 1968 - ، - Crop Moisture Index، بارندگی و رطوبت خاك براي شاخص هاي - Moisture Adequacy Index, 1957 - ، و صرفاً بارندگی براي شاخص بارش استاندارد - SPI, 1993 - بکار گرفته میشود.
اکثر محققین براي مطالعه پدیده خشکسالی ترجیحاً از شاخصهاي تک پارامتري بر اساس بارندگی سالیانه یا 12 ماهه ثابت به دلیل سادگی و قابل دسترس بودن دادههاي بارندگی در مناطق مختلف دنیا استفاده می-کنند.[19] گرچه مقیاس زمانی سالیانه طولانی به نظر میرسد، ولی میتواند بطور مؤثر براي خلاصه نمودن مشخصات و رفتار منطقهاي خشکسالی مورد استفاده قرار گیرد.
مقیاس زمانی ماهیانه براي شناسایی اثرات خشکسالی در موقعیت هاي مرتبط با کشاورزي و تأمین آب مناسبتر میباشد.[21] رایج ترین شاخصهایی که براساس دادههاي بارندگی توسعه یافتهاند شامل RAI، DI، Nitzche، PNPI، SPI، - Z-Score - ، CZI، MCZI میباشند
از آنجائیکه این شاخصها در بررسی پدیده خشکسالی داراي جایگاه ویژه اي میباشند، اما مطالعات محدودي براي ارزیابی و مقایسه این شاخصها انجام پذیرفته و چنین مطالعاتی نیز اکثراً بر مبناي داده هاي تاریخی کوتاه مدت 20-30ساله بوده و از جنبه و دیدگاههاي خاصی صورت پذیرفته است. بیشتر این مطالعات به مقایسه دو شاخص SPI و PDSI متمرکز بوده و به مزیت نسبی SPI ازجمله: الف - سادگی ب - عدم تغییر
رفتاري شاخص از ایستگاهی به ایستگاه دیگر ج - پیش بینی بهتر رخدادهاي کوتاه مدت د - پیش بینی محصولات زراعی از نظر وضعیت رطوبتی خاك تأکید کرده اند.
مطالعات زیادي در زمینه ي خشکسالی صورت گرفته است. به عنوان مثال خلیلی اقدم و همکاران - 1386 - با بررسی خشکسالی درایستگاه سینوپتیک ارومیه با استفاده از شاخص بارش - SPI - دریافتند که در طول دورهي آماري مورد بررسی در هر یک از پریود هاي 22 گانه خشکسالی شدید رخ داده است.
خوش اخلاق و همکاران - 1389 - با بررسی خشکسالی در شهرستان مرودشت با استفاده از شاخص SPI به این نتیجه رسیدند که سالهاي خشک و تر در این منطقه داراي نوسانات زیادي هستند همچنین کاهش سطح آب زیرزمینی و شاخص SPI داراي یک ارتباط هستند به طوري که با افزایش شاخص میزان سطح آب زیرزمینی نیز افزایش پیدا میکند و با کاهش آن سطح آب زیرزمینی نیز کاهش پیدا میکند
دراکوب و کیانتس1 شاخصهاي مطرح خشکسالی را با استفاده از داده هاي تاریخی بارندگی سالیانه در آمریکا مقایسه نمودند و در نتیجه شاخص SPI را بعنوان یک شاخص ارزشمندتري براي براي برآورد خشکسالی معرفی نمودند.[14] مرید و همکاران با استفاده از آمار32 ساله بارندگی سالیانه در استان تهران عملکرد هفت شاخصZ-Score ,MCZ ,DI,CZI,SPI ,PNPI و EDI مورد ارزیابی قرار دادند آنها نشان دادند که شاخص هاي ، Z-Score CZI,SPI داراي عملکرد مشابهی براي شناسایی خشکسالی بوده،واکنش کندي به شروع خشکسالی نشان میدهد. همچنین شاخصDI رفتار متناقضی براي تغییرات زمانی و مکانی خشکسالی دارا میباشد.
ضمناً مرید و همکاران استدلال کردند که SPI وEDI قادر به تشخیص شروع خشکسالی بوده و داراي تغییرات زمانی و مکانی پایدارتري میباشد همچنین شاخصEDI براي تشخیص خشکسالی تواناتر بوده و عملکرد بهتري دارد .[20] لوکاس و همکاران به مقایسه سه شاخص SPI، RAI و Z-Score در 28 ایستگاه در کشور یونان با داده هاي 40ساله بارندگی پرداختند و نتیجه گیري نمودند که هر سه شاخص روند مشابهی در مقیاس 12 ماهه براي تعیین ترسالی ها و خشکسالی ها داشته و مطابقت خوبی با شدت خشکسالی پالمر دارند.
خلیلی و بذر افشان - 1388 - با استفاده از داده هاي بارندگی شدت و وسعت خشکسالی هاي ایران طی دوره آماري 40 ساله مختوم به سال 2003 مورد بررسی قرار دادند، که در سال آبی 1999-2000 بیش از 96 درصد گستره ایران در سیطره خشکسالی قرار داشته است .این خشکسالی فراگیر و شدید در دل یک دوره خشک سه ساله 1998-1999 تا -2001 2000 قرار گرفته است. گفتنی است که پیش از آن دو خشکسالی گستره در سال هاي 1970-1971 و 1989-1998اتفاق افتاده است. که به ترتیب 82/21 و92/05 درصد مساحت کشور را دربر گرفته است .[6 ] بارو وهمکاران به ارزیابی شاخصهاي خشکسالی SWSI ,SPI ,PNPI و ADI به ازاء داده هاي تاریخی در رودخانه یارا در استرالیا اقدام نموده و بر اساس معیارهاي متفاوت مورد نظر شاخص ADI را در منطقه به عنوان شاخص برتر معرفی کردند.
سبزي پرور و همکاران به مقایسه هفت شاخص خشکسالی با آمار بارندگی 35 ساله در 22 ایستگاه در استان همدان پرداختند و نشان دادند شاخصهایی همچون Z ,RAI و DI از نظر آماري به هم شبیه بوده و در ارزیابی خشکسالی در شرایط اقلیمی سرد و نیمه خشک استان همدان به نتایج مشابهی ختم میشوند ایشان همچنین به این نتیجه رسیدند که شاخص SPI علیرغم توانایی آن در شروع خشکسالی، شاخص مناسبی جهت پایش خشکسالی در مقیاس ماهیانه در شرایط اقلیمی سرد و نیمه خشک نمیباشد.
امیر عطایی وهمکاران1392 به مقایسه عملکرد هفت شاخص خشکسالی رایج به منظور پایش خشکسالی با استفاده از شبیه سازي مونت کارلو پرداختند، نتایج حاصل از تحقیق آنها نشان داد که بکارگیري شاخصهاي SPI و SPI0 داراي مزیت نسبی بالایی براي یک تحلیل جامع و دقیقتر داشته است
از آنجائیکه تحلیل بر مبناي دادههاي تاریخی نمیتواند معیار مناسبی براي تحلیلهاي خشکسالی باشد،لذا در این تحقیق از روش منحنی جرم مضاعف براي آزمون همگنی دادهها استفاده گردید، که نتایج نشان دهنده همگنی دادههاي تمامی ایستگاهها با همبستگی بالا بود، - همبستگی 99 % - ، [8]، براي آزمون ایستایی از روش همبستگی رتبهاي اسپیرمن[13] و براي آزمون تصادفی بودن داده ها از آزمون ران استفاده گردید.[16] سپس با استفاده از شاخصهاي SPI توسط تکنیک تولید داده هاي مصنوعی توسط مدل AR - 1 - براي یک دوره 36 ساله 1355-1390 - شمسی - پس از تولید 1000نمونه براي 11 ایستگاه واقع در غرب حوضه دریاچه ارومیه و هچنین از زبان برنامه نویسی فرترن در مدل مذکور استفاده گردید.
-2 مواد و روشها معرفی منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز دریاچه ارومیه در تقسیم بندي شش گانه حوضه هاي آبریز در ایران و در شمال غرب کشور واقع شده است .این حوضه با وسعتی برابر 52700کیلومتر مربع و مساحتی معادل 21/3درصد مساحت کل کشور، بین مدارهاي 38-29 تا 35-40 عرض شمالی 47-53تا 44-13 طول شرقی قرار گرفته است .بزرگترین ارتفاع حوضه، در نزدیکی قله سبلان، ومعادل 3850متر است و بدین ترتیب، اختلاف ارتفاع موجود در حوضه، معادل 2576 متر برآورد می شود . موقعیت دریاچه ارومیه و ایستگاههاي مورد مطالعه در شکل1 نشان داده شده است.
