1-1 مقدمه. 1

1-2 بیان مسأله. 3

1-3 سوالات تحقیق. 4

1-4 فرضیه. 4

1-5 اهداف تحقیق. 4

1-6 روش جمع آوری اطلاعات.. 5

1-7 ابزار گرداوری اطلاعات.. 5

فصل دوم (مرورمنابع، ادبیات تحقیق، پیشینه تحقیق). 7

2-1 پیشینه تحقیق. 7

2-2 مبانی نظری.. 13

2-2-1 تعریف خشکسالی.. 13

2-2-2 مولفه­های خشکسالی.. 15

2-2-3 زمان خشکسالی.. 15

2-2-4 مدت خشکسالی.. 16

2-2-5 وسعت خشکسالی.. 16

2-2-6 شدت خشکسالی.. 17

3- فصل سوم (روش اجرای تحقیق، مواد و روش­ها). 19

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.

بنابراین شناخت و آگاهی از این پدیده می­تواند امکانات بیشتری را در اختیار مدیران و برنامه ریزان ذیربط جهت ارائه راهکارها و کشف و استفاده هرچه بهتر از استعدادها و توانای­های هر منطقه­ فراهم آورد تا مدیران با آمادگی هرچه بیشتر به مقابله با این پدیده بپردازند و اثرات نامطلوب ناشی از آن را تا جای ممکن بکاهند و تا حد ممکن اثرات جبران ناپذیری که این پدیده در برخی از ابعاد طبیعی و انسانی می­تواند برجای بگذارد، کاهش یابد.

1-6 روش جمع آوری اطلاعات

روش گردآوری اطلاعات در این تحقیق کتابخانه­ای بوده و از طریق مرور و مطالعه مقالات، پایان­نامه­ها و پژوهشهای محققین، اساتدید و دانشجویانی است که در مطالعات خود به این زمینه پرداخته­ و شامل کارهای انجام شده پیشین می­باشد که در ایران و در جهان صورت گرفته است.