بخشی از مقاله
چکیده
یکی از قدم های مهم و اساسی در مطالعات خشکسالی در هر منطقه تعیین شاخصهایی است که بتوان بر اساس آنها میزان، شدت و تداوم خشکسالی را در یک منطقه ارزیابی کرد. شاخص خشکسالی به صورت یک عدد، در واقع تابعی از عوامل مختلف محیطی تأثیرگذار بر خشکسالی است که میتواند تصویر جامعی از همه این عوامل را فراهم نموده تا برای ارزیابی خشکسالی و تصمیمگیری درباره آنها استفاده گردد.
شاخصهای خشکسالی با ارزشبخشی عددی به وضعیت توصیفی پدیده خشکسالی در یک منطقه، ویژگیها را بهتر نشان داده و درک و فهم وقوع را آسانتر میسازند. لذا هدف از این تحقیق بررسی شاخصهای تعیین خشکسالی جهت تعیین برنامهریزی و راههای مقابله با این پدیده میباشد.
این شاخص ها را می توان بصورت نقطه ای محاسبه نمود و سپس با استفاده از تکنیک های مختلف پهنه بندی از جمله روش های زمین آماری، به سطح تعمیم داد. لذا جهت پهنه بندی خشکسالی، این شاخص ها محاسبه شده و نقشه های پهنه بندی شده، مورد استفاده قرار خواهند گرفت. شاخص های معرفی شده در این مقاله شامل شاخص شاخص درصد نرمال، شاخص بارندگی استاندارد، شاخص پالمر، شاخص درصد تفاضل بارش، شاخص کمبود رطوبت خاک، شاخص کمبود تبخیر و تعرق، شاخص خشکسالی موثر و شاخص بارش موثر می باشد.
مقدمه
خشکسالی - - Drought یکی از مهمترین بلایای طبیعی میباشد که خسارات فراوانی را بر بخش کشاورزی و منابع آبی وارد میسازد. از بین تعاریف خشکسالی تعریفی که مقبولتر میباشد عبارت است از اینکه خشکسالی را میتوان معلول یک دوره شرایط خشک غیرعادی دانست که به اندازه کافی دوام داشته باشد تا عدم تعادل در وضعیت هیدرولوژی یک ناحیه ایجاد شود.
همچنین تمایز این پدیده با سایر بلایای طبیعی در این است که برخلاف سایر بلایا این پدیده به تدریج و در یک دوره زمانی نسبتاً طولانی عمل کرده و اثرات آن ممکن است پس از چند سال و با تأخیر بیشتری نسبت به سایر حوادث طبیعی ظاهر شود. بنابراین چون تعیین دقیق زمان شروع آن کار مشکلی است تا حدودی آنرا یک پدیده خزنده میدانند. از سویی چون خشکسالی برخلاف سایر بلایای طبیعی کمتر منجر به خسارات ساختاری میشود، کمکرسانی در هنگام وقوع این پدیده در مقایسه با سایر پدیدهها مثل سیل پیچیدهتر و مشکلتر میباشد
بر اساس نظریهای طبیعت درون خشکسالی سبب میگردد تا ارزیابی شدت خشکسالی و اثرات آن بر اکوسیستمهای مورد عمل بسیار سخت شود، . - 1993 - wilhite زیرا اگر سیلاب پس از چند ساعت و با اتمام جریان سیلابی، اثرات مخرب خود را به بررسی-کنندگان نشان دهد، یک خشکسالی شدید یا فاجعهآمیز ممکن است اثراتش پس از چند ماه هم قابل لمس و ملاحظه نباشد و در سالهای بعد اثرات خود را مشهود سازد. با توجه به خصوصیات و تأثیرات مخرب خشکسالی، به منظور به حداقل رساندن مخاطرات وقوع خشکسالی، واضح است که انتقال مدیریت بحران به مدیریت ریسک امری اجتنابناپذیر است. بنابراین این مسئله مطرح میشود که چگونه میتوان به ارزیابی دقیق مسئله خشکسالی پرداخت. لذا در راستای ارزیابی خشکسالی بایستی این پدیده از حالت کیفی و توصیفی به شکل کمی و عددی درآید. بدین منظور از شاخصهای خشکسالی استفاده میشود
نتایج حاصل از محاسبه یک شاخص خشکسالی، امکان بررسی و ارزیابی مکانی و زمانی خشکسالی را با دقت بالاتری فراهم میسازد. شاخصهای خشکسالی ابزار مهمی برای پایش و ارزیابی خشکسالی هستند و ارتباط دقیقی را بین بسیاری از پارامترهای اقلیمی برقرار میکنند. اطلاعات بدست آمده از شاخصها میتواند برای برنامه-ریزان، طراحان و مدیران منابع آب مفید باشد. مطالعات مقایسهای شاخص ها نیز این امر را نشان میدهد
شاخصهای خشکسالی و محاسن و معایب آنها
شاخصهای خشکسالی با در نظر گرفتن اطلاعات اقلیمی و هیدرولوژیکی مانند درجه حرارت، بارندگی، جریان رودخانه، رواناب سطحی و سایر عوامل، سعی میکنند تصویری از وضعیت خشکسالی در غالب کمی و کیفی بیان نمایند. برای تعیین خشکسالی یا برآورد شدت آن، روشهای مختلفی وجود دارد که هیچکدام به طور ذاتی نسبت به دیگری ارجحیت ندارند ولی برخی از آنها در شرایط خاص، بهتر عمل میکنند. بسیاری از طراحان پروژههای آبی توصیه میکنند که وضعیت خشکسالی را با چند شاخص بررسی نمود و تصمیمات بر مبنای شاخصی اتخاذ گردد که با عکسالعمل های محیطی تطابق بیشتری در منطقه مطالعاتی دارد، انصافی مقدم - . - 1386 در زیر به مهمترین شاخصهای خشکسالی اشاره خواهیم کرد.
که در آن: :P بارندگی واقعی یا مقدار متوسط بارندگی، :P30 مقدار متوسط بارندگی 30 ساله، :I شاخص درصد نرمال محاسن: میتواند برای مقیاسهای زمانی مختلف - ماهانه، فصلی و سالانه - مورد استفاده قرار گیرد. در مقیاس محلی - برای یک منطقه - و فصلی بسیار مناسب است. استفاده از این شاخص ساده است. مقادیر حاصل از این شاخص قابلیت انعطاف پذیری جهت سایر محاسبات را دارد و میتواند در توزیعهای آماری، جهت پیش بینی وارد شود.
معایب: استفاده از این شاخص برای مناطق با فصول متفاوت موجب اشتباه میشود. زیرا مقادیر این شاخص در مکانها و همچنین دورههای زمانی مختلف، معانی متفاوتی دارد. فراوانی وقوع یک پدیده میتواند شاخصی از طبیعی بودن آن و میزان سازگاری محیط با آن پدیده باشد. لیکن این مورد در این شاخص در نظر گرفته نشده است. توزیع آماری حاکم بر بارندگی توزیع نرمال فرض میشود که در آن متوسط و میانه بارندگی برابر استدر، حالیکه در طبیعت الزاماً چنین نیست
شاخص بارندگی استاندارد - Standardized Precipitation Index -
مبنای آن سری دادههای طولانی مدت بارندگی است. این سری دادههای طولانی مدت با توزیع آماری خاصی برازش مییابند که در این روش به توزیع نرمال تبدیل میشود. بنابراین متوسط SPI در یک منطقه به سمت صفر میل میکند. لذا مبنای آن توزیع آماری بارندگی در بازه مختلف زمانی است. محاسبه این شاخص از طریق فرمول 2 است.
محاسن: ساختار این روش قابلیت استفاده از این شاخص برای بازههای زمانی مختلف را فراهم میکند. از آنجا که شاخص SPI استانداردشده است، برای اقلیمهای خشک و مرطوب قابل استفاده میباشد. روش سادهای است. امکان ارزیابی شدت خشکسالی با آن وجود دارد.
معایب: مقادیر SPI در صورت تفاوت توزیع آماری داده با هم متفاوتند، اما در صورت تغییر طول دوره آماری حتی با برازش دادهها با یک توزیع مانند گاما مقادیر محاسباتی دارای اختلاف معنیداری میشوند. کاربرد توزیعهای مختلف آماری در مقادیر SPI بسیار موثر است، چرا که این روش بر مبنای توزیع آماری دادههای طولانی مدت بارندگی طراحی شده است. هنگام محاسبه SPI در دورههای طولانی و تحلیلهای منطقهای بهتر، نیاز به وجود دادههای طولانی مدت است که در بسیاری از نقاط جهان از این نظر - دسترسی به داده - محدودیت وجود دارد. در اقلیمهای خشک که ماهیت بارندگی در فصول خاصی است و مقادیر بی بارشی - وجود عدد صفر در سری دادهها - زیاد است، محاسبه این شاخص بخصوص در دورههای کوتاه به دلیل چولگی زیاد دادهها و عدم برازش مناسب آنها با توزیع گاما سبب بروز خطای بسیاری میشود. در این خصوص هرچه حوضه کوچک تر باشد خطا بیشتر است. در این مواقع بهتر است از توزیع Gaussian استفاده شود.
شاخص پالمر - Palmer Drought Severity Index - محاسبه شاخص نهایی پالمر - xi -
برای هر ماه بطور جداگانه که بدین ترتیب در یک سری زمانی ماههایی که بطور غیرطبیعی خشک بودهاند، خشکسالی تدریجی را که شدت آن در حال افزایش است بوجود میآورند و شاخص خشکسالی نهایی - - X به توالی ارزشهای - - Z متوالی وابسته است. محاسبه آن به شکل فرمول 3 است
محدودیتها: برف و پوشش برفی و زمین یخزده در این شاخص لحاظ نشده است و تمام بارش تحت عنوان باران در نظر گرفته شده است. بنابراین زمانبندی این شاخص، در مناطقی که بارش بصورت برف میباشد، برای فصول بهار و زمستان ممکن است درست نباشد. لذا برای مناطق کوهستانی شاخص مناسبی نیست. تأخیر طبیعی میانبارش و رواناب حاصله در نظر گرفته نشده است.
علاوه بر این تا هنگامی که ظرفیت آب لایههای سطحی و زیرسطحی پر نشده، هیچ روانابی در مدل تولید نمیشود، که این منجر به کم برآورد شدن رواناب میگردد. شاخص پالمر برای کشاورزی طراحی شده است و تأثیرات هیدرولوژیک منتج از خشکسالیهای بلندمدت را نشان نمیدهد. این روش برای پیشبینیهای کوتاه مدت مناسب نبوده و بخصوص نمی توان میزان آب معادل برف را در محاسبات وارد نمود. این شاخص تأثیرات انسانی بر روی بیلان آب را در نظر نگرفته است. ناهنجاری در روند تغییرات بارندگی سبب تغییر در شاخص بخصوص در فصول سرد که تبخیر و تعرق حداقل است میشود. این شاخص به شدت نسبت به ناهنجاریهای مکانی و زمانی پارامترهای بارندگی و درجه حرارت حساس بوده، بخصوص زمانی که این دو پارامتر همزمان دچار اختلال میگردند.
