تحلیل فراوانی خشکسالی هیدرولوژیک حوضه ی سد درودزن براساس شاخص جریان رودخانه ای

نوع مقاله : علمی

نویسندگان

1 گروه مدیریت وکنترل بیابان،دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین،دانشگاه کاشان

2 دانشجوی دکتری، دانشگاه کاشان، کاشان.

چکیده


در این تحقیق تحلیل فراوانی خشکسالی هیدرولوژیک با استفاده از شاخص جریان رودخانه جهت ارزیابی و تحلیل وقوع زمانی و شدت خشکسالی در حوضه­ ی آبخیز سد درودزن در استان فارس، بررسی شد و نهایتاً جهت تحلیل پراکنش مکانی خشکسالی، پهنه­ بندی خشکسالی صورت گرفت. برای این منظور از آمار دبی ماهانه­ ی 5 ایستگاه هیدرومتری در حوضه ­ی آبخیز سد درودزن در طول 28 سال استفاده شد. پس از بررسی همگنی داده­ ها، برخی از سال­ها که فاقد آمار دبی ماهانه در ایستگاه­های منتخب بودند با استفاده از روش سال­ های مشترک و همبستگی بین آنها بازسازی شد. سپس مقدار شاخص خشکسالی جریان رودخانه در مقیاس­ های زمانی 3، 6، 9 و12 ماهه و طول دوره­ ی آمار 28 ساله در ایستگاه­ های منتخب محاسبه شد. نتایج حاصل از محاسبه­­ ی شاخص جریان رودخانه افزایش شدت خشکسالی در سال­ های اخیر را نشان دادند. در ادامه با استفاده از آزمون نکویی برازش، آزمون­ های کای- اسکوئر و کلوموگروف- اسمیرنوف، توزیع نرمال برای شاخص جریان رودخانه 3 ماهه، توزیع مقادیر حدی تعمیم ­یافته برای شاخص جریان رودخانه 9 و6 ماهه، و توزیع نمایی برای شاخص جریان رودخانه 12 ماهه، به عنوان بهترین توزیع­ ها شناخته شدند. سپس دوره ­ی بازگشت مربوط به هر کدام از وضعیت­ های خشکسالی در هر یک از دوره­ های زمانی از روی منحنی تحلیل فراوانی هر ایستگاه به دست آورده شد و نقشه­ های پهنه­ بندی مربوط به آن­ها ترسیم شد. نتایج به دست آمده از نقشه­ های پهنه­ بندی نشان داد که گستره­ ی شمال و شمال­شرقی حوضه، خشکسالی شدیدتری را نسبت به دیگر نواحی تجربه می­کند.

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Frequency Analysis of the Hydrological Drought in Doroodzan Dam Basin Based on Stream Flow Drought Index

نویسندگان [English]

  • Abbasali Vali 1
  • Mahvash Mehrabi 2
1 desert control and management department,natural resources and earth science,university of Kashan.
2 Ph.D, Student, Kashan University, Kashan.
چکیده [English]

Introduction
According to some researchers, predeting and preventing water shortages is not possible. However, by fitting the distribution of the probability to the data of a river, it is possible to determine the incident corresponding to the probability of the occurrence or a certain period of return, and with the management and implementation of the drought management programs to reduce its effects and consequences. Hydrological droughts affect vast areas and are detected by reducing lake water storage, lowering groundwater levels, and decreasing river flow flux. This decline in river flow fluctuates from two environmental and management perspectives on water resources. On the other hand, hydrological drought affects the agricultural sector and causes irreparable damages to this sector. Therefore, the importance of studying hydrological droughts is shown in relation to other droughts. Droodzan dam basin is one of the mountainous basins of central plateau of Iran located in the northwest of Fars Province. It provides approximately 760 million cubic meters of water per year, including drinking water, and agricultural and industrial facilities in and around the area. Recently, due to drought, it has faced severe water losses. Therefore, the preservation and maintenance of the reservoir of this dam and the continuity in exploitation of water resources requires attention to its watershed and the potential of water production in the

 

 river basin. Therefore, studying the hydrological status of surface waters of the basin can have a special place in the management of drought in the country.
Methodology
In this study, 5 stations that had appropriate data during a long statistical period were selected. Reconfiguration of the statistical defects was done using the correlation between stations and using the SPSS software. After reconstructing the statistical defects and completing the data, their homogeneity was analyzed using run test and SPSS software. Then, the river flow index was calculated at 3, 6, 9, and 12-month intervals during the statistical period of 28 for each station. In this study, for the frequency analysis, the data from series of limit values ​​were used and fitted with the probabilistic theoretical fit. Chi-Square and Kolmogorov-Smirnov tests were used to determine the appropriate distributions for each time scale using Chi-square fit test. Then, the return period for each of the drought conditions was obtained on the basis of the river flow index at each time period and was extracted from the frequency analysis curve of each station.
Results
The results of the data homogeneity were studied. The data of all stations were at a level of confidence of at least 99%. In general, the results of the river flow index were very similar at different time scales and indicated the severity of the drought in these years (64-65, 80-78, and 92-87). This increase was observed at 9 and 12-month intervals. Also, the number of years in which mild drought occurred at a time scale of 9 and 12 months, was compared to the 3 and 6-month time scales. In the abundant analysis, the normal distribution of the 3-month river flow index, the distribution of generalized limit values ​​for the river flow index of 9 and 6 months, and the exponential distribution of

 
 the 12-month river flow indices were recognized as the best distributions.
Discussion and conclusion
 The results obtained from the calculation of the studied indices showed an increase in the severity of the hydrological drought, especially in the recent decades. River flow index is one of the indicators of the hydrological drought assessment, which can be a good measure for assessing the drought phenomenon in the region. This indicator is also very efficient and has a high sensitivity to other drought indicators. In addition, the zoning maps showed that in the northern and eastern regions of the mild drought, less than the other regions, except for the 6-month period, they were less likely to return to the rest of the period. In the case of the moderate and severe droughts, this was true in the northern parts of the region.  In general, with the increase in the return period, the extent and severity of the drought in the area increased. Particularly the northern and eastern areas of the studied watershed were more prone to these natural disasters. Therefore, this area was exposed to economic and social damages and hydrological droughts, so water resources studies require more attention. Thus, the drought risk poses these areas to severe economic, social, environmental, agricultural, and ecological degradation. These areas can serve as short-term and medium-term goals of integrated strategic management and operational plans.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Hydrological drought
  • River flow index
  • Frequency analysis
  • Zoning

 

مقدمه

نگاهی به تاریخ زیست در روی کره­ ی زمین حاکی از این است که بشر همواره در معرض انواع مخاطرات طبیعی بوده است. از جمله پدیده­ ی خشکسالی که از سایر مخاطرات طبیعی متفاوت است، و رتبه­ ی اول در میان تمام خطرات طبیعی را دارا است (نالباتیس[1] و همکاران، 2013: 573-565). گرچه به عقیده­ ی برخی محققان پیشگیری و ممانعت کامل از وقوع کمبود آب ممکن نیست ولی با برازش توزیع احتمال مناسب بر داده­ های یک رودخانه می توان پیشامد متناظر با احتمال وقوع یا دوره ­ی بازگشت خاصی را تعیین نمود و با تدابیر مدیریتی و اجرایی برنامه­ های مقابله با خشکسالی تأثیرات و پیامدهای آن را کاهش داد (ویلتشر[2]، 1985: 151). خشکسالی هیدرولوژیک بر مناطق وسیعی اثر می­گذارد و از طریق کاهش میزان ذخیره ­ی آب دریاچه­ ها، پایین رفتن سطوح آب زیرزمینی و کاهش دبی جریان رودخانه­ای تشخیص داده می­شود. این کاهش در دبی جریان رودخانه از دو دیدگاه زیست محیطی و مدیریتی بر منابع آب تأثیرگذار است (اسلامیان و همکاران، 1383: 38-27). از این رو مقدار جریان رودخانه می­تواند به عنوان یک عامل کلیدی و مهم در ارزیابی و پیش بینی خشکسالی محسوب گردد که با استفاده از شاخص خشکسالی جریان رودخانه، می توان خشکسالی و پیشگیری از آن را بررسی نمود و با تدابیر مدیریتی و اجرایی برنامه­ های مقابله با خشکسالی تأثیرات و پیامدهای آن را کاهش داد (نالباتیس، 2008: 897-887). شاخص نزولات جوی استاندارد شده به عنوان یک شاخص خشکسالی هواشناسی، وقایع بارندگی را تحلیل می­نماید، اما در بسیاری از موارد بررسی خشکسالی­ های هیدرولوژیک اجتناب­­ناپذیر است، که در اینگونه موارد نیاز به شاخصی می­باشد که قابلیت تحلیل جریان­ های روش­ های رودخانه ای را داشته باشد. بدین منظور روش­ های متنوعی برای بررسی خشکسالی­ های هیدرولوژیک ارائه شده­­ اند، که در این خصوص می­توان روش­ های ارائه شده توسـط (یوجویچ[3]، 1967) و (زلن هیزیک و سالوای[4]، 1987) را ذکر نمود. در سال­های اخیر شاخص خشکسالی جریان رودخانه به عنوان یک شاخص خشکسالی هیدرولوژیک توسط (نالبانتیس و تساکریس، 2008) ارائه گردید. این شاخص از قابلیت خوبی در بررسی وضعیت منابع آب حوضه­ های آبریز و مخازن سدها، بخصوص در مواقع خشکسالی برخوردار است، در این راستا بهره ­برداری مناسب از آب ذخیره­ شده در مخازن سدها، به عنوان یک راهکار مناسب برای مقابله با خشکسالی می­تواند مورد بحث قرار گیرد. آب­ های سطحی که به صورت رودخانه­ های دائمی یا فصلی در منطقه جریان دارد با احداث مخازن سطحی (مخازن آب در پشت سدها) ذخیره شده و بر اساس برنامه­ ی خاصی به تدریج به پایین دست انتقال می­یابد تا نیازهای مختلف را مرتفع نماید. در دوره­ ی خشکسالی که آب رودخانه­ ها کاهش می­یابد، بایستی با برنامه­ های دقیق و از قبل تعیین شده، نیاز آبی منطقه تأمین شود. لذا مدیریت سیستم مخازن در دوره ­ی خشکسالی بسیار حساس بوده و نیاز به ابزار و دید نسبت به آینده دارد. همان طور که گفته شد یکی از راهکاره ای مهم و اساسی در مطالعات خشکسالی هر منطقه، تعیین شاخص­ هایی است که بتوان بر اساس آنها میزان شدت و تداوم خشکسالی را در یک منطقه ارزیابی کرد، اما از آنجا که شاخص­ های خشکسالی تنها پارامترهای خشکسالی به وقوع پیوسته را می­ سنجند، نمی­توان از آنها در جهت بهره­ برداری بهینه از منابع آب استفاده کرد، ضمن اینکه پایش خشکسالی منطقه­ ای تنها براساس شاخص ­های خشکسالی هواشناسی ممکن است اطلاعات کافی را ارائه ندهد. بدین منظور در این تحقیق با مدنظر قرار دادن شرایط خشکسالی بر اساس حجم جریان ورودی به مخزن سد، به تعیین خشکسالی­ های منطقه بر اساس شاخص جریان رودخانه پرداخته است.

حوضه­ ی آبخیز سد درودزن از حوضه‏ های کوهستانی فلات مرکزی ایران بوده که در شمال غربی استان فارس قرار دارد (شکل 1). که تقریباً با 760 میلیون مترمکعب آب در سال، آب شرب و کشاورزی و صنعتی منطقه و اطراف آن را تأمین می­کند (گزارش مهندسین مشاور بوم­آباد، 1385). اخیرا بدلیل خشکسالی با کاهش شدید آب مواجه شده است. از این­رو حفظ و نگهداری مخزن این سد و تداوم و استمرار در بهره­ برداری از منابع آب مستلزم توجه به حوضه­ ی آبخیز آن و پتانسیل تولید آب پایه رودخانه است. به همین دلیل بررسی وضعیت هیدرولوژیکی آب­های سطحی حوضه می­تواند جایگاه ویژه­ای درجهت مدیریت خشکسالی کشور داشته باشد (اقتداری، بذرافشان: 1395).

 

شکل (1)موقعیت منطقه­ ی مورد مطالعه

مواد و روش­ ها

سد درودزن در استان فارس100 کیلومتری شمال غرب شیراز و بر روی رود کر ساخته شده است. ساخت این سد در سال1351 هجری شمسی به پایان رسید. این سد از نوع مخزنی (خاکی با هسته رسی) است که حجم مرده مخزن 133 میلیون مترمکعب و حجم مفید آن830 میلیون مترمکعب می­باشد. نوع سرریز بتنی آزاد و مساحت دریاچه 55 کیلومتر می­باشد. که از شمال غربی استان فارس و از بلندی­ های سلسله جبال زاگرس، سرچشمه گرفته است. با توجه به قرار داشتن این حوضه در اقلیم نیمه­ خشک، وقوع خشکسالی­ های منطقه­ ای و به خصوص تأثیر آنها بر جریان­ های رودخانه­ ای از اهمیت ویژه برخوردار می­باشد. از طرفی، در این حوضه وقوع 200-300 میلی­متر  بارندگی در طول یک واقعه، با مقادیر روزانه­ ی بین 50-100 میلی­متر که سبب طغیان­ های رودخانه­ ای و وقوع سیلاب­ های شدید می­گردد، غیرعادی نیست، در حالی­که رژیم دائمی جریان رودخانه در سراسر سال نتیجه مستقیم ذوب برف و دبی آب چشمه بوده و لذا وقوع جریان حداکثری در نتیجه­ ی وقایع بارندگی می­باشد. به­ علاوه، جریان­ های حداکثر با دوره ­های یخبندان و نزدیک یخبندان همزمان می­باشند. رژیم طغیانی رود خانه کر از یک ­طرف و رژیم دائمی جریان از طرف دیگر و اقلیم نیمه­ خشک منطقه، وابستگی شـدید به وقایع بارندگی را نشان مـی­دهد و لذا مطالعات خشکسالی را اجتناب­ ناپذیر می­نماید.

در این مطالعه 5 ایستگاه که مشخصات آنها در جدول (1) ارائه گردیده است،  انتخاب شدند.

جدول (1) مشخصات ایستگاه­ های مورد مطالعه (گزارشات اداره کل آب منطقه­ ی استان فارس)

نام ایستگاه

تاسیس

طول جغرافیایی

عرض جغرافیایی

ارتفاع m

خسرو شیرین

1348

52

53/30

2300

دهکده سفید

1353

06/52

39/30

2080

جمال­بیگ

1353

58/51

30/36

1880

چم ­ریز

1347

08/52

27/30

1840

سد درودزن

1351

27/52

12/30

1625

تنها ایستگاه چمریز، آمار کامل را در دوره­ ی زمانی مشخص شده داشت و دیگر ایستگاه­ ها دارای نواقص آماری بودند که جهت مطالعه بازسازی شدند برای انجام بازسازی نواقص آماری روش­ های متعددی وجود دارد از جمله: روش ایستگاه معرف، روش همبستگی بین ایستگاه­ ها، روش محور مختصات و روش نسبت نرمال. به منظور بازسازی نواقص آماری در این تحقیق، از روش همبستگی بین ایستگاه­ ها استفاده شده است. قبل از ایجاد مدل­ های رگرسیونی برای تکمیل آمار ایستگاه­های شامل آمار ناقص، ماتریس[5] همبستگی بین ایستگاه­ های مذکور و ایستگاه­ هایی که دارای آمار کامل بودند، در دوره­ ی مشترک آماری و با استفاده از نرم­افزار SPSS ایجاد شد. این اقدام با هدف انتخاب مناسب­ ترین ایستگاه­ ها برای بازسازی و با توجه به ضریب همبستگی بالا و سطوح معنی­ دار 1درصد و یا 5 درصد صورت گرفت. پس از بازسازی نواقص آماری و تکمیل داده­ ها، همگنی آنها جهت تجزیه و تحلیل بهتر با استفاده از روش ران تست[6] و به کمک نرم­ افزار spss بررسی شد که در جدول (2) ارائه گردیده است (شقاق و سلطانی،1390: 249-231). در ادامه­ ی شاخص جریان رودخانه­ ای در مقیاس­ های زمانی 3، 6، 9 و 12 ماهه، طی دوره ­ی آماری 28 ساله با استفاده از نسبت تفاضل مجموع دبی متوسط ماهانه و میانگین آن در سال آبی مشخص به انحراف معیار مجموع جریان­ های رودخانه ای در همان سال آبی برای هر ایستگاه محاسبه گردید، که در رابطه­ ی (1) نشان داده شده است. در نهایت بر اساس آن وضعیت خشکسالی هیدرولوژیک در منطقه تعیین گردید (پاندی[7]،  2008: 1141-1127؛ نالباتیس، 2008: 897-887).

     رابطه­ ی (1)

در تحلیل فراوانی خشکسالی منطقه ­ی مورد مطالعه هدف اولیه، ارتباط دادن شدت خشکسالی به فراوانی وقوع آنها، از طریق استفاده از توزیع­ های آماری می­ باشد. تحلیل فراوانی وقایع در هیدرولوژی براساس مراحل زیر صورت می­ گیرد: انتخاب توابع توزیع احتمال از نظر تئوری، برازش داده­ های موجود با توابع توزیع تئوری، انتخاب مناسب ترین تابع توزیع تئوری که با داده­ ها مطابقت داشته باشد، تعیین متغیر مورد نظر از روی تابع توزیع تئوری در این مطالعه برای تحلیل فراوانی از داده­ های سری­ های مقادیر حد استفاده شده و با توزیعات احتمالاتی نظری برازش داده شده­ اند. با استفاده از آزمون نکویی برازش، آزمون­ های کای- اسکوئر[8]و کلوموگروف- اسمیرنوف[9]، توزیع­ های مناسب در هر مقیاس زمانی مشخص گردید. سپس دوره­ ی بازگشت مربوط به هر کدام از وضعیت­ های خشکسالی به دست آمده براساس شاخص جریان رودخانه در هر یک از دوره­ های زمانی از روی منحنی تحلیل فراوانی هر ایستگاه استخراج شده و با استفاده از آنها در محیط Arc GIS نقشه­ های پهنه­ بندی آنها به روش کریجینگ ترسیم گردید.

نتایج و بحث

نتایج همگنی داده­ ها مورد بررسی قرار گرفت. داده­های تمامی ایستگاه­ ها در سطح اطمینان حداقل 99% قابل پذیرش بودند که در جدول (2) ارائه شده است (P-value>0.01).

جدول (2) بررسی همگنی داده­ ها P-Valoue

     چمریز             جمال­بیگ           درودزن           خسروشیرین       دهکده سفید        

     676/                216/                103/                014/             418/       

نتایج شاخص جریان رودخانه محاسبه شده در مقیاس­ های زمانی مختلف برای هر ایستگاه در جداول (3 تا 7) ارائه شده است.

جدول (3) شاخص جریان رودخانه در ایستگاه جمال­بیگ در دوره­ های زمانی مختلف

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

65

34/.-

69/.-

56/.-

53/.-

79

45/.-

64/.-

78/.-

74/.-

66

62/.

09/.

03/.

01/.

80

39/.-

66/.-

78/.-

75/.-

67

42/.-

08/.

04/.-

05/.-

81

8/3

07/4

05/4

14/4

68

5/.-

51/.-

53/.-

51/.-

82

35/.-

28/.-

24/.-

25/.-

69

66/.

24/.

06/.-

03/.

83

43/.-

33/.

34/.

3/.

70

44/.-

13/.-

15/.-

15/.-

84

25/.-

03/.

01/.-

02/.-

ادامه­ ی جدول (3)

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

71

46/.

37/.

91/.

85/.

85

46/.-

24/.-

24/.-

25/.-

72

31/.-

44/.-

48/.

44/.

86

38/.-

47/.-

01/.-

01/.-

73

37/.-

77/.-

86/.-

82/.-

87

4/.0-

74/.-

88/.-

84/.-

74

3/2

86/.

5/.

46/.

88

42/.-

79/.-

85/.-

8/.-

75

34/.-

26/.-

19/.

16/.

89

28/.-

61/.-

73/.-

7/.-

76

4/.-

79/.

7/.-

67/.-

90

48/.

25/.-

03/.

01/.-

77

44/.-

12/1

9/.

82/.

91

86/.-

3/.-

23/.-

3/1-

78

46/.

04/.

09/.-

09/.-

92

32/.

49/.-

59/.-

25/.

-

-

-

-

-

93

06/.

93/.

23/.-

64/.-

جدول (4) شاخص جریان رودخانه در ایستگاه چمریز در دوره­ های  زمانی مختلف

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

65

6/-

1-

7/-

7/.-

79

72/.-

1-

22/1

26/1-

66

2/2

41/

48/

41/

80

78/.-

2/1-

3/1-

37/1-

67

64/-

1/-

03/

03/.

81

63/1

83/.

08/1

03/1

68

46/.-

7/-

77/.-

78/.-

82

24/.-

34/.-

0

02/.-

69

64/.

13/.

09/.

07/.

83

59/.-

25/.

12/1

1/1

70

7/.-

4/.-

24/.-

24/.-

84

2/.

91/.

34/.

32/.

71

3/ 1

53/.

52/1

58/1

85

3/.-

24/.

01/.-

06/.

72

01/.

9/1

36/2

39/2

86

49/.-

9/1-

24/.-

08/.

73

89/.

4/.-

68/.-

7/.-

87

93/.

23/.-

64/.-

6/.-

74

24/2

1/1

17/1

13/1

88

1/1-

76/2

5/1-

51/1-

75

3/.-

08/.

89/.

87/.

89

23/1-

3/1-

4/1-

41/1-

76

4/.-

1-

83/.-

85/.

90

67/-

50/-

39/-

28/

77

7/.-

31/.

77/.

74/.

91

48/-

79/

25/

77/-

78

61/.-

3/.-

25/.-

27/.-

92

86/-

92/-

1-

25/-

-

-

-

-

-

93

15/1-

29/

10/

34/

جدول (5)  شاخص جریان رودخانه در ایستگاه دهکده­ ی سفید در دوره­ های زمانی مختلف

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

65

08/1

1-

1/1-

1/1-

79

03/.

33/.-

47/-

4/.-

66

69/2

44/.

07/.

03/.

80

51/.-

87/.-

93/.-

9/.-

67

82/.-

74/.-

66/.-

6/.-

81

57/.-

02/1

04/1

9/.

68

55/.-

8/.-

83/.-

83/.-

82

76/.-

8/.-

68/.-

6/.-

69

77/.-

83/.-

88/.-

88/.-

83

26/.-

42/.

15/.

63/.

70

9/.-

97/.-

92/.-

91/.-

84

26/.-

48/2

3/2

2/

71

82/.-

72/.-

53/.-

5/.-

85

87/.

33/.

05/.

03/.

72

59/.-

19/1

23/2

47/2

86

2/.-

47/.-

17/.

19/.

73

09/1

03/.

05/.-

01/.-

87

49/.

14/.-

3/.-

3/.-

74

12/2

06/2

7/1

6/1

88

79/.-

1/-

1-

1-

75

3/1

67/.

8/.

93/.

89

7/.-

1-

1-

1-

76

06/1

1/.

0

01/.-

90

05/.

33/.

05/.

03/.

77

08/.

85/.

68/.

57/.

91

47/.

86/.-

92/.-

19/.

78

02/.-

53/.

38/.

37/.

92

74/.-

2/.-

47/.-

3/.-

-

-

-

-

-

93

8/1-

4/1-

2/1-

3/1-

جدول (6) شاخص جریان رودخانه در ایستگاه درودزن در دوره ­های زمانی مختلف

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

65

06/.-

06/1-

7/.-

7/.-

79

72/.-

07/1-

22/1-

26/1-

66

2/2

41/.

48/.

41/.

80

78/.-

2/1-

31/1-

37/1-

67

64/.-

1/.-

03/.

03/.

81

63/1

83/.

08/1

03/1

68

46/.-

78/.-

77/.-

78/.-

82

24/.-

34/.-

0

02/.-

69

64/.

13/.

09/.

07/.

83

59/.-

25/.

12/1

1/1

70

77/.-

4/0

24/.-

24/.-

84

2/.

91/.

34/.

32/.

71

33/1

53/.

52/1

58/1

85

3/.-

24/.

01/.-

06/.

72

01/.

92/1

36/2

39/2

86

49/.-

9/1-

24/.-

08/.

73

89/.

48/.-

68/.-

7/.-

87

93/.

23/.-

64/.-

6/.-

74

24/2

14/1

17/1

13/1

88

1/1-

76/2

54/1-

51/1-

ادامه­ ی جدول (6)

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

75

34/.-

08/.

89/.

87/.

89

23/1-

3/1-

44/1-

41/1-

76

4/.-

1/1-

83/.-

85/.-

90

79/.-

66/.-

2/.

56/1-

77

78/.-

31/.

77/.

74/.

91

79/.-

83/.-

3/.-

06/1-

78

61/.-

35/.-

25/.-

27/.-

92

83/.-

88/.-

1/1-

92/.-

-

-

-

-

-

93

88/.-

92/.-

23/1-

05/.

جدول (7) شاخص جریان رودخانه در ایستگاه خسروشیرین در دوره ­های زمانی مختلف

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

سال

3ماه

6ماه

9ماه

12ماه

65

2-

7/1-

17/1-

1/1-

79

2/.-

91/.-

03/1-

06/1-

66

42/.

51/.

38/.

26/.

80

6/.-

07/1-

15/1-

24/1-

67

0

15/.

02/.

0

81

5/2

92/1

59/1

5/1

68

9/.

9/.-

91/.-

92/.-

82

2/.-

01/.

19/.-

13/.-

69

6/.-

4/.-

57/.-

53/.-

83

1-

32/1

01/1

92/.

70

8/.-

6/.-

65/.-

62/.-

84

9/.-

65/.

8/.

74/.

71

1/.

3/.

15/1

53/1

85

3/.

5/.

36/.

6/.

72

48/.

8/1

7/1

39/1

86

9/1

46/1

94/1

01/2

73

51/1

1/.-

6/.-

63/.-

87

4/1

12/.-

64/.-

66/.-

74

35/.

44/.

19/.

24/.

88

1-

81/1-

65/1-

65/1-

75

17/.-

2/.-

32/.

33/.

89

5/.-

87/.-

99/.-

05/1-

76

33/.

7/.-

65/.-

62/.-

90

3/.-

1/.-

65/.

8/.

77

93/.-

73/.

99/.

94/.

91

4/.-

78/.-

33/.

93/.

78

0

2/.-

28/.-

24/.-

92

2/.-

13/.

47/.-

1/1-

-

-

-

-

-

93

4/.-

4/.-

14/.-

23/1-

مقادیر منفی در این نتایج نشان­ دهنده ­ی وقوع و شروع خشکسالی در منطقه است. به طور کلی نتایج به دست آمده از شاخص جریان رودخانه در مقیاس­ های زمانی مختلف بسیار مشابه بوده و نشان­ دهنده ­ی شدت خشکسالی در سال­های (65-64، 88-87 و 89-88) است. که این افزایش شدت در مقیاس­ های زمانی 9 و 12 ماهه بیشتر به چشم می­خورد. هم­چنین تعداد سال­ هایی که در آنها خشکسالی خفیف رخ داده است در مقیاس­ های زمانی 9 و 12 ماهه نسبت به مقیاس­ های زمانی 3 و 6 ماهه بیشتر می­باشد. با استفاده از آزمون نکویی برازش، آزمون­های کای- اسکوئر و کلوموگروف- اسمیرنوف، توزیع نرمال برای شاخص جریان رودخانه 3 ماهه، توزیع مقادیر حدی تعمیم­ یافته برای شاخص جریان رودخانه 9 و6 ماهه، و توزیع نمایی برای شاخص جریان رودخانه 12ماهه، به عنوان بهترین توزیع ­ها شناخته شدند. سپس دوره­ ی بازگشت20،10،5،2 و 25 ساله مربوط به هر کدام از وضعیت­ های خشکسالی در هر یک از مقیاس­ های زمانی از روی منحنی تحلیل فراوانی هر ایستگاه بدست آورده شد، در دوره­ ی بازگشت 2 و 5 ساله در هـر 5 ایستگاه در مقـیاس­ های زمانی مختلف شاخص SDI بین 0 و 1- قرار گرفته است. که خشکسالی در وضعیت خفیف را نشان می­دهد. در دوره ­ی بازگشت 10 ساله، در مقیاس زمانی 3 ماهه، شاخص مذکور در ایستگاه­ های دهکده­ ی سفید و چمریز بین 1.5- و 1- قرار گرفته که خشکسالی متوسط را نشان می­دهد و در بقیه­ ی ایستگاه­ ها شاخص SDI کمتر از 1- می­باشد که خشکسالی خفیف را نشان می­دهد. در مقیاس­ های زمانی 6  و 9 و 12 ماهه در دوره­ ی بازگشت 10 ساله نیز، تنها ایستگاه­ ها درودزن و جمال­بیگ شاخص SDI  کمتر از 1- می­باشد که نشانه­ ی وقوع خشکسالی خفیف در این دو ایستگاه می­باشد این در حالی ست که در بقیه­ ی ایستگاه­ ها خشکسالی در وضعیت متوسط می باشد. در دوره­ ی بازگشت 20 و 25 ساله در مقیاس زمانی 3 ماهه مقدار شاخص مذکور همانند مقدار آن در دوره ­ی بازگشت 10 ساله است، اما در مقیاس­ های زمانی 6 و 9و 12 ماهه در دوره ­ی بازگشت 20 و 25 ساله شاخص SDI تمامی ایستگاه ­ها در بین 1- و 2- یعنی وضعیت خشکسالی شدید و خیلی شدید قرار گرفته­ اند که بر طبق این داده­ ها احتمال گسترش خشکسالی در این منطقه طی چند سال آینده به شدت افزایش می­یابد. نقشه­ های حاصل از پهنه­ بندی در دوره­ های بازگشت مذکور براساس وضعیت خشکسالی و با استفاده از نرم­افزار Arc gis  ترسیم شد که شکل­ های  (2،3)، نقشه­ هایی حاصل، گستره­ ی خشکسالی در وضعیت خفیف را نشان می­دهد. شکل ­های (3و4)، نقشه­ های حاصل، مناطق با خشکسالی متوسط نشان  داده شده است. که منطقه­ ی وسیع تری را نسبت به خشکسالی خفیف به خود اختصاص داده است. در شـکل­ های (6و7)، نقشه­ های حاصل،گسترش خشکسالی در وضعیت شدیـد نشان داده شده است که حاکی از گسترش شدید خشکسالی منطقه در آینده می­باشد.

                                                                                         

شکل (2) دوره­ ی بازگشت خشکسالی خفیف براساس شاخص جریان رودخانه 3 ماهه و 6 ماهه از راست به چپ

 

شکل (3) دوره ­ی بازگشت خشکسالی خفیف براساس شاخص جریان رودخانه 9 ماهه و 12 ماهه از راست به چپ

 

شکل (4) دوره ­ی بازگشت خشکسالی متوسط براساس شاخص جریان رودخانه 3ماهه و 6 ماهه از راست به چپ

   

شکل (5) دوره­ ی بازگشت خشکسالی متوسط براساس شاخص جریان رودخانه 9ماهه و 12 ماهه از راست به چپ

 

شکل (6) دوره­ ی بازگشت خشکسالی شدید براساس شاخص جریان رودخانه 3ماهه و 6ماهه از راست به چپ

 

شکل (7) دوره­ ی بازگشت خشکسالی شدید براساس شاخص جریان رودخانه 9ماهه و 12 ماهه از راست به چپ

بر اساس نقشه­ های ارائه شده در کمتر از 10 سال آینده در تمامی مقیاس­ ها زمانی نواحی شمالی منطقه­ ی خشکسالی خفیف را تجربه خواهد کرد. و طی 20 سال آینده هم بر وسعت خشکسالی و هم بر شدت خشکسالی افزوده می شود، به گونه ای که نه تنها قسمت­ های شمالی بلکه در مقیاس زمانی 6 و 12 ماهه بخشی از نواحی غربی منطقه نیز درگیر خشکسالی متوسط خواهد بود. براساس این آمار طی 20 سال آینده در مقیاس زمانی 9 ماهه نواحی شمالی و شرقی را به طور کامل خشکسالی فرا می­گیرد. طبق نتایج در کمتر از 50 سال آینده در مقیاس زمانی 9 ماهه به جز بخش کوچکی در غرب منطقه بقیه­ ی منطقه را خشکسالی شدید فرا خواهد گرفت. در قسمت شمال غربی منطقه­ ی کوچکی است که در مقیاس­ های زمانی 3،6 و 9 ماهه عدم خشکسالی را داشته و در آینده­ ی خیلی دور این منطقه دچار خشکسالی می­شود، بنابراین این ناحیه از منطقه مورد مطالعه در وضعیت مناسب قرار دارد، این در حالی است که نواحی شمالی در دوره­­ های بازگشت 5 سال به بالا تمامی وضعیت خشکسالی (خفیف، متوسط، شدید) را تجربه خواهد کرد. و بحرانی­ ترین ناحیه در این منطقه خواهد بود که مستلزم توجه بیشتری است.

نتیجه­ گیری

نتایج کلی پژوهش نشان می­دهد که در طول دوره­ ی آماری مورد مطالعه، در مقیاس­ های زمانی 9 و 12ماهه خشکسالی متوسط صادق است. در ایستگاه هیدرومتری چمریز در سال­های (80-78 و 89- 87 و 90-93) در تمامی مقیاس­ های مورد مطالعه خصوصاً 9 و 12ماهه خشکسالی با شدت بیشتری نسبت به دیگر سال­ها رخ داده است. در ایستگاه هیدرومتری جمال­بیگ در سال آبی مورد مطالعه خشکسالی به صورت نرمال و خفیف دیده شده است. در ایستگاه خسرو شیرین در سال­های (65-64) در مقیاس­ های زمانی 3 و12 ماهه خشکسالی خیلی شدید و در مقیاس ­های زمانی 6 و 9 ماهه خشکسالی شدید و سال­ های (93-87) در مقیاس­ ها زمانی 9 و 12 ماهه خشکسالی شدید بیشتر رخ داده است. نتایج حاصله در ایستگاه هیدرومتری دهکده­ ی سفید نیز مشابه نتایج حاصله از ایستگاه هیدرومتری خسروشیرین می باشد. به طور کلی نتایج بدست آمده از شاخص جریان رودخانه در سال آبی مد نظر در همه ایستگاه ها بسیار مشابه بوده و نشان­ دهنده­ ی شدت خشکسالی در سال ­های (65-64، 80-78 و 93-87) در طول دوره­ ی آماری مورد مطالعه می­باشد که هرچه به سال­ های اخیر نزدیک­تر شده است، بر شدت آن در منطقه افزوده می­شود که این افزایش شدت در مقیاس­ های زمانی 9 و 12 ماهه بیشتر به چشم می­خورد. هم چنین تعداد سال­ هایی که در آنها خشکسالی خفیف رخ داده است در مقیاس­ های زمانی 9 و 12 ماهه نسبت به مقیاس­ های زمانی 3 و 6 ماهه بیشتر می­باشد. نتایج بدست آمده از نقشه­ های پهنه­ بندی نشان می­دهد در نواحی شمالی و شرقی منطقه خشکسالی خفیف به جز در دوره­ی زمانی 6 ماهه در بقیه­ ی دوره­ های زمانی دوره­ ی بازگشت کمتری نسبت به دیگر نواحی منطقه داشتند. در مورد خشکسالی متوسط و شدید، این حالت نیز در قسمت­ های شمالی منطقه صادق است. این در حالی است که خشکسالی خیلی شدید با دوره­ ی بازگشت بالا در تمامی منطقه مورد مطالعه نشان داده شده است. به طور کلی با افزایش دوره­ ی بازگشت بر وسعت و شدت خشکسالی در این منطقه افزوده می­شود. خصوصاً نواحی شمالی و شرقی حوضه­ ی آبخیز مورد مطالعه بیشتر در معرض این بلایای طبیعی می­باشند. نتایج کلی به دست آمده از شاخص گویای افزایش شدت خشکسالی در سال­ های اخیر بودند به گونه­ ای که در سال­های 89-87 مقدار خشکسالی در وضعیت­ های خیلی شدید نیز مشاهده شده است. سال­ های (80-78 و89-87) به عنوان خشک­ ترین سال­ ها در این مطالعه شناخته شده­ اند که این حالت حاکی از آن است که خشکسالی رو به پیشرفت بوده و در آینده­ای نه چندان دور خشکسالی اکثر نقاط منطقه را در بر خواهد گرفت. بنابراین این منطقه در معرض خسارات و صدمات اقتصادی و اجتماعی خشکسالی هیدرولوژیک قرار دارند و لذا در مطالعات منابع آب نیازمند توجه بیشتری می­باشند. نتایج تحقیقات مشابه در جهان و ایران تقریباً منطبق با این نتایج می­باشد: در این خصوص می­توان به مطالعه ­ای که برای ارزیابی شاخص خشکسالی جریان رودخانه در یونان انجام شده اشاره نمود. (نالباتیس، 2008: 897-887) در این تحقیق ضمن تأیید کارآیی شاخص خشکسالی جریان رودخانه، پیشنهاد شده از این روش برای هشداری وقایع خشکسالی در منطقه مورد مطالعه، استفاده گردد. در تحقیق دیگری SDI به منظور بررسی وضعیت خشکسالی در رودخانه­ های شمال غرب ایران مورد استفاده قرار گرفت (طبری و همکاران، 2011: 137-151) که محققان ضمن تأیید تجربه، خشکسالی در تمامی رودخانه­ های مورد مطالعه، یک دوره ­ی دوازده ساله را به عنوان بحرانی­ترین دوره ­ی خشکسالی  (در طول دوره­ ی آماری موجود) معرفی نمودند. در تحقیق رنجبر و همکاران در سال 94 از شاخص خشکسالی جریان رودخانه به عنوان راه کاری برای پایش خشکسالی منطقه­ ای با استفاده از جریان­ های ورودی به مخزن سد استفاده شده است، در این راستا مشکلات استفاده از شاخص بارش استاندارد شده در مطالعات مربوط به منابع آب بررسی گردیده و همانند تحقیقات قبلی کارآیی از شاخص خشکسالی جریان رودخانه در اینگونه مطالعات مورد تأیید قرار گرفته است. سلیمانی و همکارانش نیز در سال 93 خشکسالی را بر اساس شاخص SDI بررسی نمودند. مرور بر تحقیقات انجام شده در مسائل خشکسالی بیانگر گستردگی بسیار زیاد موضوع می­باشد. در این رابطه بررسی خشکسالی از نقطه نظر تحلیل جریان­های رودخانه ای و در چارچوب بررسی و تحلیل منابع آب موجود، همواره مورد توجه محققان بوده است.

­



[1]- Nalbantis & et al.,

[2]- Wiltshir & et al.,

[3]- Yevjevich

[4]- Zelenhasic and Salvai

[5]- Correlation matrix

[6]- Run test

[7]- Pany & et al.,

[8]- Chi-Square test

[9]- Kolmogorov-Smirnov test

 

Referemces
-Chow, V., Taksan, N., (1997), DesingcriteriaforHydrologicExteremes, Jornal of hydrologic Division, ASCE, pp. 425-436.
-Eghdari, M., Bazrafshan, J., Shafiee, M., (2016), Predicting River Drought Using SPI Index and Markov Chain in Karkheh Catchment, Journal of Water and Soil Conservation Research, Vol. 23, No. 2, pp.115-130.
-Islamians, S., Soltani, S., (2002), Flood Frequency Analysis, Isfahan, Arkan Publications.
-Islamian, S., Zarei ,A., Abrishami Chi,A., (2004), Regional Estimation of Low Flow Rivers of Mazandaran Watershed, Journal of Agricultural Science and Technology, Isfahan University of Technology, No. 1, pp.38-27.
-Kumar,R., Chatterjee, C., Kumar, S., (2003), Regional flood formulas using L-Moments for small watersheds of subzone of India, Applied Engineering in Agriculture, Vol.19, No.1 , pp.47-53.
-Mahdavi, M., (2002), Applied Hydrology, Vol 2, University of Tehran Publications.
-McKee, TB., Doesen, NJ., Kleist, J., (1993), The relationship of drought frequency and duration to time scales Preprints,8th Conference on AppliedClimatology, 17–22 January.Anaheim, California. USA, PP. 179–184.
-Moradi, H.R., Rajabi, M., Faragzadeh, M., (2011), Investigation of meteorologicaldrought characteristics in Fars province, Iran, Catena, Vol. 84, No. 2, pp.35-46.
-Modaress,. R., (.2007), Ragional frequency distribution type of low flow in north of iran by L-Moments, water resource management, Vol .22, No. 7, pp.823-841
-Nalbantis, I., Tsakiris, G., (2008), Assessment of hydrological drought revisited, Water Resour Manage, Vol.23, pp.881–897.
-Nikbakht, J., Tabari, H., Talaee, P., (2013), Stream flow drought severity analysis bypercent of normal index (PNI) in northwest Iran, Theoretical and Applied Climatology, Vol. 112, pp.565-573.
-Nalbantis, I., (2008), Evaluation of ahydrological drought index, European Water, Vol.23, No. 24, pp.67–77.
-Pandey, RP., Mishra, SK., Singh Ramasastri, KS., (2008), Streamflow drought severity analysis of Betwa River System (India), Water Resour Manage, Vol. 22, pp.1127–1141.
-Shaghagh, E., Soltani, S., (2011), Comparison of Drought Indices in Yazd Province, Journal of Agricultural Science and Technology, Natural Resources and Soil Sciences, Vol. 15, No. 57, pp.249-231.
-Soleimani, S., Bahramand, A., (2014), Hydrological drought analysis using SDI index in Halilrud basin of Iran, International Journal of Environmental Resources Research, No.13, pp.279-288.
-Tabari, H., Nikbakht, J., Hosseinzadeh Talaee, P., (2013), Hydrological drought assessment in Northwestern Iran based on streamflow drought index (SDI), Water Resources Management, Vol. 27, No.1, pp.137-151.
-Wiltshir, SE., (1985), Grouping basins for regional flood frequency analysis, Hydrology Sciences Journal, Vol. 30, pp.151.