3-1 معرفی منطقه مورد مطالعه. 19
3-2 مواد و دادهها 20
3-3 روشها 23
3-3-1 روش SPI. 23
3-3-2 روش RDI. 26
4- فصل چهارم (تجزیه و تحلیل دادهها ویافتههای تحقیق). 30
4-1 شاخص SPI. 31
4-1-1 فراوانی خشکسالی.. 61
4-2 شاخص RDI. 66
4-3 مقایسه دو روش SPI و RDI. 69
5- فصل پنجم (بحث، نتیجه گیری و پیشنهادات). 88
5-1 دسته بندی ایستگاهها براساس شاخص SPI و RDI. 88
5-1-1 دسته بندی براساس شاخص SPI. 88
5-1-2 دسته بندی براساس شاخص RDI. 92
5-2 تحلیل مکانی خشکسالی.. 94
5-3 رابطه شدت – وسعت.. 98
5-4 نتیجه گیری کلی.. 104
منابع و مآخذ. 106
چکیده:
در این پژوهش پایش و پهنه بندی خشکسالی و همچنین بررسی ابعاد مختلف آن در سطح کشور ایران با استفاده از آمار و اطلاعات مربوط به بارش و دمای 30 ساله (2010 – 1981) سازمان هواشناسی کشور انجام گرفته است. به منظور آنالیز دادهها از روش شاخص SPI [1]و RDI [2]استفاده شده و جهت محاسبه شاخص RDI، تبخیر و تعرق پتانسیل از روش ترنتوایت[3] محاسبه گردید. در ادامه این شاخصها در تعیین فاکتورهای مختلف خشکسالی (شدت، مدت، وسعت، فراوانی و توالی) مورد استفاده قرار گرفته و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد شاخص SPI برای برآورد فاکتورهای مختلف خشکسالی در تمام ایران قابلیت استفاده داشته و میتواند به عنوان مدلی جهت پایش خشکسالیها مورد استفاده قرار بگیرد ولی شاخص RDI با توجه به تنوع اقلیمی زیاد در ایران یکسان عمل ننموده و از این توانایی برخوردار نمیباشد. همچنین مقادیر به دست آمده برای این دو شاخص مورد تحلیل خوشهای به روش وارد و مجموع تفاضل هر داده از یک خوشه با بردار میانگین آن خوشه (فاصله اقلیدسی) انجام گرفت که در نتیجه این اقدام براساس شاخص SPI ایستگاهها به 6 گروه و بر اساس شاخص RDI به 5 گروه مجزا از نظر تشابه در شرایط آب و هوایی تقسیم شدند. فراوانی خشکسالیها از طریق شمارش ماههایی که شاخص SPI مقادیر منفی گرفتند محاسبه شده و روابط بین مدت – فراوانی برای کلیه ایستگاهها محاسبه گردید. نتایج نشان داد که رابطه مدت – فراوانی در ایستگاهها از نوع لگاریتمی، معادلات درجه 4، 5 و 6 بوده و از روند خطی پیروی نمینمایند. از طریق روشهای میانیابی پهنه بندی خشکسالی بر اساس شدت آن در دورههای خشک منتخب انجام گرفت و مساحت پهنهها محاسبه گردید. از اطلاعات به دست آمده از این طریق مشخص گردید در تمامی بازههای هشتگانه سیستم طبقهبندی خشکسالی بهترین تابع برازش دادههای واقعی تابع لوگ نرمال دو فراسنجی میباشد. همچنین مشخص گردید رابطه شدت – وسعت در تمامی بازههای مذکور به استثنای ترسالیهای شدیدتر از 2 که از نوع معادله درجه 3 میباشد در مابقی بازهها از نوع معادله درجه 2 میباشد.
واژههای کلیدی: پایش خشکسالی، تحلیل فضایی، شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص شناسایی خشکسالی (RDI)، ایران
1-1 مقدمه
بشریت در طول مدت حیاتش همواره با عواملی روبهرو بوده که زندگی وی را تحت تاثیر قرار داده و با وارد آوردن خسارات فراوان و یا حتی نابودی کامل مکان زندگیش او را مجبور به ترک دیار، مهاجرت و یا صرف هزینههای سنگین برای ادامهی حیات نموده است. از آنجایی که این عوامل باعث بروز آسیب و خسارت به زیرساختهای اقتصادی، اجتماعی و فیزیکی مانند خسارتهای جانی و مالی ، خسارت تأسیسات زیربنایی ، خسارت بخش کشاورزی و به طور کلی خسارت منابع اقتصادی میگردند بلایای طبیعی نامیده میشوند. از بلایای طبیعی میتوان به زلزله ، سیل ، رانش زمین ، طوفان ، آتشفشان ، خشکسالی و غیره اشاره نمود. جبران خسارت وارده به دلیل رخ دادن هر یک از این بلایا ممکن است مدتها زمان برده و یا حتی جبران ناپذیر باشند. از این رو شناخت و مطالعهی این عوامل به خصوص از دیدگاه مدیریت ریسک میتواند از شدت خسارت وارده احتمالی تا حد زیادی بکاهد.
از میان بلایای طبیعی خشکسالی به گونهای متفاوت از بقیه میباشد. خشکسالی در زمینههای مختلف چه به صورت مستقیم و چه غیر مسقیم اثرات مخربی به بار میآورد. مهمترین اثر مستقیم خشکسالی بر منابع آبی هر منطقه است. با کم شدن بارندگی یا فقدان آن برای یک مدت طولانی در سال (خشکسالی)، مراتع، جنگلها، مزارع و باغهایی که منبع تأمین آب آنها ریزشهای جوی است، ونیز خاک و دیگر منابع طبیعی به این دلیل که منابع آبهای سطحی و زیرزمینی آنها نیز ریزشهای جوی میباشد به طور مستقیم زیان میبینند. بنابراین فعالیتها وتأسیسات وابسته به آﻧﻬا چه شهری و روستایی و چه صنعتی و غیره تحت تأثیر قرار گرفته وخسارت خواهند دید(کردوانی،١٣٨٠، انتشارات دانشگاه ﺗﻬران). بسیاری از اقلیمشناسان خشکسالی را بر خلاف دیگر بلایای طبیعی پدیده ای بطئی و خزنده میشناسند و از آنجا که می تواند شدت و مدت متفاوتی داشته باشد و از لحاظ گستره در گیر بسیار گسترده بوده به طوری که میلیون ها انسان را گرافتار خود سازد، بسیار با اهمیت میباشد.
از آنجا که عوامل و متغیرهای فراوانی به طور مستقیم و یا غیر مستقیم بر چگونگی وقوع این پدیده اثر گذار است ، تعریفی کامل و جامع، که همهی محققین بر آن اتفاق نظر داشته باشند امری مشکل مینماید. شاید بتوان به طور کلی خشکسالی را یک دورهی ممتد با کمبود بارش دانست که منجر به صدمه زدن محصولات کشاورزی و کاهش عملکرد می شود (امیدوار، 1390، انتشارات دانشگاه یزد). کارشناسان علم آب و هواشناسی انواع خشکسالی را به خشکسالی هواشناسی، خشکسالی هیدرولوژیک، خشکسالی کشاورزی و خشکسالی اقتصادی- اجتماعی طبقهبندی میکنند و در تعریف خشکسالی هواشناسی آن را حالتی با کمبود بارش نسبت به شرایط میانگین می دانند. در واقع، ابتدا خشکسالی هواشناسی با کم شدن نزولات جوی نسبت به حالت نرمال شروع شده و با تداوم این شرایط ابعاد دیگر خشکسالی (خشکسالی هیدرولوژیک، خشکسالی کشاورزی و خشکسالی اجتماعی- اقتصادی) ظاهر میگردد. البته باید توجه داشت که تعاریف خشکسالی باید به صورت موردی برای هر منطقه خاص در نظر گرفته شود زیرا شرایط جوی که موجب کمبود بارش می شود از منطقه ای به منطقه دیگر به شدت متغیر است.
به منظور مطالعه و شناسایی پدیده خشکسالی شاخصهای متعددی از سوی دانشمندان و متخصصین علم آب و هواشناسی ارائه گردیده است که استفاده از هر یک از این شاخصها در شرایط خاص و مکانهای مختلف دارای نقاط ضعف و قوت میباشند.
از مهمترین پارامترهایی که در محاسبات شاخص های خشکسالی مورد استفاده قرار می گیرد بارش است. بر این اساس هرگاه بارش طی یک دوره زمانی متوالی زیر حالت نرمال قرار گیرد خشکسالی رخ می دهد. اقلیم شناسان جهت بررسی سایر ویژگی های خشکسالی مانند شدت، مدت و سطح درگیر، روابط بین آنها و همچنین پهنه بندی خشکسالی ها از مدلهای ریاضی و شاخصهای مورد استفاده در اقلیمشناسی بهره میبرند. از این شاخصها می توان به شاخصهای SPI (Standardized Precipitation Index) و RDI (Indicator Drought Reconnaissance) اشاره نمود که شرح آنها در قسمت روشها آمده است.
مطالعه، پایش، بررسی و تجزیه تحلیل خشکسالی در سراسر جهان به دلیل خسارات بسیار ناشی از وقوع آن از اهمیت بسزایی برخوردار است. همه مناطق دنیا بطور موقت اما نامنظم از تکرار شرایط خشکسالی رنج میبرند، اما این وضعیت در مناطقی که از نظر اقلیمی بطور متوالی ولی نامنظم توسط سیستمهای هوایی مختلف تحت تأثیر قرار میگیرند حادتر است(تامسون[4]، 1999). قرارگیری ایران برروی کمربند خشک کره زمین، این کشور را سرزمینی ساخته است خشک با نزولات جوی بسیار کم بطوری که میانگین سالانه کشور حدود 250 میلیمتر که معادل یک سوم میانگین بارش خشکیهای کره زمین (حدود 860 میلیمتر) میباشد. ازطرفی محل و زمان ریزشهای جوی با نیاز بخش کشاورزی مطابقت ندارد و اکثر شهرهای ایران هم در مناطقی دور از رودخانههای دائمی که جریان رواناب آنها مستقیماً از ریزشهای جوی تامین می شود قرار دارند.
متخصصان برنامه ریزی آستانه 1000 متر مکعب در سال برای هر نفر را مرز کمآبی برای هر کشور در نظر گرفتهاند. این رقم در مصر 30 ، در قطر 40، در لیبی 160 و در عربستان 140 متر مکعب در سال برای هر نفر میباشد که تمام آنها جزء کشورهای کم آب محسوب میشوند در حالی که در ایران مقدار سرانه آب تجدید شونده حدود 1670 (برای سال 1367) مترمکعب در سال تخمین زده می شود که در حال حاضر کم آب تلقی نشده بلکه کشوری با تنش آبی در نظر گرفته می شود (علیزاده، انتشارات دانشگاه امام رضا، 1385). با توجه به تغییرات اقلیمی و همچنین تامین مجموعه نیاز آبی کشور در امر کشاورزی، شرب وخدمات مطابق با افزایش جمعیت پیشبینی میگردد ایران نیز جزء کشورهای با مشکل کم آبی قرار گیرد.
از آنجا که جلوگیری کامل از کمبود آب ممکن نیست، لیکن با تحلیل سوابق پدیده خشکسالی و با تکیه بر آمار و اطلاعات موجود میتوان دوره بازگشتهای خشکسالی را برای مناطق مختلف برآورد و مشخص نمود و با ﺗﻬیه طرحهای مقابله با خشکسالی میتوان مشکلات ناشی از خشکسالی را تا حدزیادی کاهش داد. همچنین هزینههای انجام شده برای جبران خسارتهای خشکسالی(مدیریت بحران) به مراتب بیش از هزینه این نوع مطالعات در تعیین راهکارهای مقابله مناسب قبل از وقوع خشکسالی (مدیریت ریسک) است (رحمانیان، فصلنامه مهابقدس، ١٣٧٩). در این پژوهش سعی شده ابعاد مختلف خشکسالی در سراسر ایران مورد بررسی قرار گرفته و راوبط بین آنها شناسایی گردد تا هر چه بهتر امکانات ارائه راهکارهای سازگاری با پدیده خشکسالی فراهم گردد.
1-2 بیان مسأله
خشکسالی بهطور کلی به معنای کم شدن میزان بارش یک دوره نسبت به میانگین بارش دراز مدت میباشد و یکی از مهمترین مسایلی است که در رشته اقلیم شناسی مورد بحث قرار میگیرد. از دلایل اهمیت موضوع، آسیب و خساراتی است که خشکسالی میتواند بر تاسیسات زیر بنایی و اقتصادی به همراه داشته باشد بهطوری که جبران خسارات ناشی از آن با صرف هزینههای بسیار سنگین همراه بوده و در بعضی موارد خسارات به تاسیسات زیربنایی و یا حتی برخی اکوسیستمها برگشتناپذیر بوده و به اهمیت آن میافزاید. از همینرو شناخت هرچه بیشتر این پدیده، راه را برای برنامه ریزی و مدیریت هرچه بهتر این رخداد هموارتر نموده و ابزار قویتری را جهت مدیریت بهتر ریسک در دست مبادی ذیربط قرار میدهد. از آنجا که مسأله خشکسالی، موضوعی نیست که بشر توان مقابله با آن را داشته باشد و بلایای طبیعی محسوب میگردد، باید بکوشد با مطالعه و بررسی دقیق این پدیده، آن را هرچه بیشتر بشناسد و راههای سازگاری با آن را بیابد. در ایران نیز به دلیل کم بودن نزولات جوی سالانه و به طور کلی خشک بودن اقلیم منطقه، وقوع خشکسالیها کشور را از لحاظ تامین آب با بحران روبه رو نموده و این موضوع نمود بیشتری پیدا میکند.
در این تحقیق با استفاده از دادههای بارش و دمای ایستگاههای سینوپتیک منتخب سراسر کشور که به عنوان متغیرهای این تحقیق میباشند، توسط روشهای آماری و اقلیمشناسی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته و در نهایت منجر به استخراج پارامترهایی گردید که بهوسیله آنها میتوان ابعاد مختلف خشکسالی از قبیل شدت، مدت، توالی، فراوانی و وسعت را تعیین نمود. همچنین با بررسی ابعاد مختلف خشکسالی رفتار خشکسالیها در ایران مورد بررسی و شناسایی قرار گرفته تا امکان پیشبینی دقیقتر خشکسالیها فراهم گردد.
1-3 سوالات تحقیق
1- آیا شاخص SPI مدل مناسبی برای پایش خشکسالی و مدلیزه کردن خشکسالی میباشد؟
2- آیا شاخص SPI و RDI میتوانند در تمام ایران به جای هم جهت پایش خشکسالی استفاده شوند؟
3- آیا رابطه مدت – فراوانی و شدت – وسعت در ایران غیر خطی میباشد.
1-4 فرضیه
1- به نظر میرسد شاخص SPI مدل مناسبی برای پایش خشکسالی و مدلیزه کردن خشکسالی باشد.
2- به نظر میرسد شاخص SPI و RDI میتوانند در تمام ایران به جای هم جهت پایش خشکسالی استفاده شوند.
3- به نظر میرسد رابطه مدت – فراوانی و شدت – وسعت در ایران غیر خطی باشد.
1-5 اهداف تحقیق
با توجه به اثرات مستقیم و غیر مستقیمی که خشکسالی بر منابع آب و متعاقب آن بر تاسیسات زیر بنایی وارد میآورد و میتواند از نظر مدت و گستردگی بسیار طولانی مدت و گسترده باشد، باعث ضعف و کاهش عملکرد فعالیتهای اجتماعی و اقتصادی شده و از یک طرف چرخه اقتصادی را دچار اختلال مینماید و از طرف دیگر جبران خسارات ناشی از خشکسالی مستلزم صرف هزینههای بسیار زیاد میباشد. چنانچه در بحث مدیریت و حفاظت منابع آب مقوله خشکسالی در نظر گرفته نشود برنامه ریزیهای مدیریتی پایه ومبنای کاربردی و سودمند نداشته و در دراز مدت مشکلات متعدد ناشی از کمبود منابع آب شرین دامنگیر خواهد بود:
از اهداف علمی این تحقیق میتوان به تعیین ابعاد مختلف خشکسالی (شدت، مدت، فراوانی و وسعت) و از اهداف کاربردی آن میتوان به مقایسه دو شاخص SPI و RDI در نواحی مختلف ایران و همچنین ارائه معادلات و روابط بین ابعاد مختلف خشکسالی اشاره نمود.
[چهارشنبه 1399-10-10] [ 04:58:00 ب.ظ ]
|