فصل اوّل: کلیات و اهداف پژوهش

1-1-کلیات………………………………………………………………..2

1-2- ضرورت تحقیق……………………………………………………. 2

1-3-اهداف تحقیق……………………………………………………… 3

1-4-محدودیت‌های تحقیق……………………………………………. 3

فصل دوم: مقدمه و بررسی منابع

2-1-مقدمه……………………………………………………………….4

2-2-خشکسالی و خشکی………………………………………….. 5

2-2-1-مفهوم خشکسالی……………………………………………. 5

2-2-2-مفهوم خشکی…………………………………………………. 5

2-2-3-تفاوت خشکسالی و خشکی………………………………… 6

2-3-خسارات خشکسالی……………………………………………. 6

2-3-1-خسارات اقتصادی……………………………………………… 6

2-3-2-خسارات کشاورزی……………………………………………. 7

2-3-3-اثرات زیست محیطی…………………………………………. 7

2-3-4-اثرات اجتماعی………………………………………………… 7

2-4-انواع خشکسالی………………………………………………… 8

2-4-1-خشکسالی هواشناسی…………………………………….. 8

2-4-2-خشکسالی هیدرولوژیک…………………………………….. 8

2-4-3-خشکسالی کشاورزی………………………………………… 9

2-4-4-خشکسالی اقتصادی و اجتماعی…………………………… 9

2-5-روش های مطالعه خشکسالی……………………………….. 10

2-5-1-روش مطالعه بیلان آبی………………………………………. 10

2-5-2-روش های تحلیل سینوپتیک………………………………….. 11

2-5-3-روش تحلیل داده های بارندگی……………………………… 11

2-5-4-روش استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژیک و تاریخی………. 12

2-6-ویژگی‌های خشکسالی………………………………………… 12

2-6-1-شروع و پایان………………………………………………….. 12

2-6-2-شدت………………………………………………………….. 13

2-6-3-فراوانی………………………………………………………… 13

2-6-4-وسعت………………………………………………………….13

2-7-شاخص های خشکسالی…………………………………….. 14

2-7-1-شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI)………………… 15

2-7-2-شاخص ذخیره آب سطحی (SWSI)………………………. 17

2-7-3-شاخص رطوبت محصول  (CMI)……………………………. 19

2-7-4-شاخص احیایی (RDI)………………………………………. 19

2-7-5-شاخص خشکسالی بالم و مولی(BMDI)……………….. 20

2-7-6-شاخص درصد بارش متعارف (PNPI)……………………… 21

2-7-7-شاخص خشکسالی ویژه محصول (CSDI)………………. 22

2-7-8-شاخص خشکسالی رطوبت خاک (SMDI)……………… 22

2-7-9-شاخص بارش سراسری (RI)……………………………. 22

2-7-10-شاخص ناهنجاری بارش (RAI)…………………………. 23

2-7-11-شاخص بارش مؤثر (EPI)………………………………… 24

2-7-12-شاخص بارش استاندارد (SPI)………………………….. 25

2-7-13-شاخص دهک‌ها………………………………………….. 26

2-7-14-شاخص های جریان کم…………………………………… 27

2-7-15-شاخص های نوسانات اقیانوسی-اتمسفری…………… 27

2-7-16-نمایش خشکسالی ایلات متحده (USDM)…………….. 28

2-7-17-اختلاف نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI)…………….. 29

2-8-معیارهای ارزیابی شاخص‌های خشکسالی………………. 30

2-8-1-معیار‌های بنیادی……………………………………………. 30

2-8-2-معیار‌های آماری…………………………………………….. 32

2-9-نقاط ضعف شاخص‌های خشکسالی……………………….. 32

2-9-1-واحد زمان…………………………………………………….. 32

2-9-2-تعیین و تعریف دوره کمبود آب………………………………. 33

2-9-3-دوره ذخیره منابع آب………………………………………… 33

2-9-4-توجه به اتلاف منابع آب……………………………………… 33

2-9-5-داده‌های مورد استفاده………………………………………. 33

2-9-6-گوناگونی و تنوع اطلاعات…………………………………… 34

 

 

2-10-مطالعات انجام شده در زمینه خشکسالی……………….. 34

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1-خصوصیات منطقه مورد مطالعه……………………………… 42

3-2-انتخاب ایستگاه‌ها ……………………………………………..44

3-3-داه‌های مورد استفاده………………………………………… 45

3-4-تبخیر‌تعرق مرجع………………………………………………. 45

3-4-1-روش استاندارد تعیین تبخیر‌تعرق مرجع…………………. 46

3-4-2-معادله پنمن-مونتیت فائو………………………………….. 48

3-4-3-محاسبه ET0 برای روزهایی که تمام داده‌ها موجود است…..48

3-4-4-محاسبه ET0 برای روزهایی که برخی داده ها ثبت نشده‌اند..50

3-5-شاخص‌های خشکسالی……………………………………. 51

3-6-مقایسه نتایج شاخص‌ها در هر ایستگاه…………………… 52

3-7-انتخاب بهترین شاخص، تحلیل فراوانی و پهنه‌بندی شاخص منتخب…..53

3-8-تحلیل فراوانی…………………………………………………. 53

3-8-1-احتمال تجربی داده ها…………………………………….. 54

3-8-2-برازش تابع توزیع احتمال………………………………….. 54

3-8-3-آزمون نیکویی برازش………………………………………. 55

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1-مقدمه……………………………………………………………56

4-2-نتایج در مقیاس 3 ماهه……………………………………… 57

4-2-1-ایستگاه اردستان…………………………………………… 57

4-2-2-ایستگاه اصفهان……………………………………………. 58

4-2-3-ایستگاه خوروبیابانک………………………………………. 59

4-2-4-ایستگاه داران………………………………………………. 60

4-2-5-ایستگاه شرق اصفهان…………………………………….. 61

4-2-6-ایستگاه شهرضا …………………………………………….62

4-2-7-ایستگاه کاشان………………………………………………63

4-2-8-ایستگاه کبوترآباد……………………………………………. 64

4-2-9-ایستگاه گلپایگان……………………………………………. 65

4-2-10-ایستگاه میمه………………………………………………. 66

4-2-11-ایستگاه نائین………………………………………………. 67

4-2-12-ایستگاه نطنز………………………………………………… 68

4-3-نتایج در مقیاس 12 ماهه………………………………………. 69

4-3-1-ایستگاه اردستان……………………………………………. 69

4-3-2-ایستگاه اصفهان……………………………………………… 70

4-3-3-ایستگاه خوروبیابانک………………………………………… 71

4-3-4-ایستگاه داران………………………………………………… 72

4-3-5-ایستگاه شرق اصفهان………………………………………. 73

4-3-6-ایستگاه شهرضا……………………………………………… 74

4-3-7-ایستگاه کاشان……………………………………………… 75

4-3-8-ایستگاه کبوترآباد…………………………………………….. 76

4-3-9-ایستگاه گلپایگان……………………………………………… 77

4-3-10-ایستگاه میمه……………………………………………….. 78

4-3-11-ایستگاه نائین………………………………………………. 79

4-3-12-ایستگاه نطنز……………………………………………….. 80

4-4-مقایسه‌ی شاخص‌ها………………………………………….. 81

4-5-خلاصه نتایج تمام شاخص ها و انتخاب بهترین شاخص……. 83

4-6-نتایج تحلیل فراوانی متغیر RPE………………………………..

4-7-نتایج پهنه بندی فراوانی نسبی خشکسالی با  شاخص RPEI

فصل پنجم: نتیجه‌گیری کلی و پیشنهادها

5-1-نتیجه‌گیری کلی……………………………………………….. 92

5-2-پیشنهادها……………………………………………………… 94

پیوست1……………………………………………………………… 96 

پیوست2……………………………………………………………  108

فهرست منابع …………………………………………………….. 120

چکیده انگلیسی…………………………………………………… 127

چکیده:

خشکسالی یکی از بلایای طبیعی و تکرارشونده است که در هر منطقه اقلیمی اتفاق می‌افتد و خسارات زیادی به بخش‌های مختلف وارد می‌کند. مهمترین عامل مؤثر در خشکسالی، کمبود بارش نسبت به حالت شرایط عادی است که میزان تبخیرتعرق نیز بر شدت آن می‌افزاید. بدین منظور در این تحقیق چهار شاخص خشکسالی پیشنهادی، که مبتنی بر داده‌های بارش و تبخیر‌تعرق مرجع هستند، در مقیاس‌های 3، 6 و 12 ماهه (از زمستان) در استان اصفهان بکار گرفته شد. این شاخص‌ها عبارتند از مقادیر استانداردشده‌ی «نسبت بارش به تبخیرتعرق، RPEI»، «نسبت بارش به اختلاف بارش و تبخیرتعرق (کمبود بارش)، RPPDI»، «کمبود بارش، PDI» و «تبخیرتعرق، ETI». برای محاسبه تبخیر‌تعرق مرجع از روش استاندارد پنمن-مونتیت فائو استفاده شد. به منظور مقایسه نتایج، چهار شاخص فوق با «شاخص بارش استانداردشده، SPI» در مقیاس‌های مشابه مقایسه شدند. نتایج نشان داد شاخص ETI كه تابع ساده‌ای از تبخیرتعرق می‌باشد، بیشترین عدم‌تطبیق با SPI، براساس وقایع مورد نظر خشکسالی، ترسالی یا شرایط عادی را داراست. این نتیجه،  متفاوت عمل‌كردن تغییرات حدی بارش و تبخیرتعرق را نشان می‌دهد. بنابراین، تبخیرتعرق عامل مهم و تأثیرگذاری در استان است، ولی نحوه‌ی دخالت آن در معادلات نیز قابل‌توجه می‌باشد. دو شاخص اول (RPEI و RPPDI) دارای تطابق بیشتری با شاخص SPI  بوده و نسبت به نوسان‌های تبخیرتعرق از حساسیت كمتری برخوردارند.شاخص PDI با استانداردسازی اختلاف بارش و تبخیرتعرق، در شرایط میانه‌ای قرار دارد. نتایج تحلیل فراوانی نسبت بارش به تبخیرتعرق (RPE) نشان داد که از لحاظ خشکی داران و خوروبیابانک به ترتیب مرطوب ترین و خشک ترین مناطق در بین ایستگاه ها هستند .نتایج پهنه‌بندی درصد فراوانی نسبی خشکسالی ها با توجه به شاخص RPEI نیز نشان داد به طور کلی در شرق و شمال شرق استان اصفهان  و قسمت کوچکی از غرب استان، خشکسالی بیشتر اتفاق می‌افتد و بنابراین این مناطق حسّاس‌تر بوده و نیازمند توجه بیشتر در مدیریت‌های خشکسالی هستند.

فصل اول: کلیات و اهداف پژوهش

1-1- کلیات

خشکسالی یک رخداد طبیعی است که همه ساله گریبان‌گیر مناطق وسیعی از دنیا می‌شود. این رویداد در جوامعی که با مسئله کم‌آبی و کاهش نزولات جوی روبرو می‌باشند هر چند سال یکبار، به وقوع می‌پیوندد.در حال حاضر حدود 80 کشور در مناطق خشک و نیمه‌ خشک دنیا قرار گرفته اند. کشور ایران نیز با بارندگی متوسط سالانه حدود 250 میلی‌متر جزء مناطق خشک و نیمه‌ خشک دنیا محسوب می شود. هر‌چند که مناطق شمالی کشور ایران سالانه حدود 2000 میلی‌متر بارش دریافت می کند ولی بارش سالانه برخی از مناطق مرکزی کشور به 50 میلی‌متر هم نمی‌رسد. این تنوع اقلیمی اثر کاهشی روی منابع آب، پوشش گیاهی و جوامع انسانی دارد. از سوی دیگر با رشد سریع جمعیت و افزایش تقاضا برای مصرف آب و نیز توزیع نامناسب مکانی و زمانی منابع آب، خصوصاً در مناطق خشک سبب بروز پدیده هایی چون خشکسالی می شود. خشکسالی از نظر فراوانی، شدت، مدت، وسعت، خسارت مالی و تلفات جانی آثار شدیدتر و درازمدت‌تری نسبت به سایر بلایای طبیعی دارد.

2-1- ضرورت تحقیق

از لحاظ اقلیمی مناطق خشک و نیمه خشک وسعت بسیار زیادی از مناطق کشور ایران را به خود اختصاص داده اند. از طرفی بارش کم، توزیع زمانی و مکانی نامناسب و روش های نامناسب مدیریتی در این مناطق باعث شده خشکسالی خسارات جبران‌ناپذیری از خود به جای بگذارد.

یکی از راه های بسیار مناسب برای مدیریت و کاهش خسارات خشکسالی، سیستم پایش خشکسالی می‌باشد. در این سیستم با بهره گرفتن از پارامترهای اقلیمی هیدرولوژیک می توان شدت و توسعه مکانی و زمانی خشکسالی را تشخیص داد. به منظور بیان کمی خشکسالی با بهره گرفتن از شاخص‌های خشکسالی، وجود داده های بلندمدت و مناسب اقلیمی و هیدرولوژیک ضروری است، که در فصل بعد مهم‌ترین این شاخص‌ها معرفی می‌شوند. بارش مهم‌ترین پارامتر اقلیمی است که بر خصوصیات خشکسالی (شدت، تداوم و وسعت) مؤثر است. از دیگر پارامترهای مؤثر می‌توان به تبخیروتعرق پتانسیل اشاره کرد. وجود برنامه‌های از‌پیش‌آماده برای مقابله با خشکسالی و هم‌چنین پایش و پیش‌بینی خشکسالی‌ها با بهره گرفتن از این سیستم، می‌توان خسارات ناشی از خشکسالی ها را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش داد و هم‌چنین نوع و زمان فعال شدن این برنامه‌ها را تعیین نمود.

3-1- اهداف تحقیق

با توجه به مطالب گفته شده می توان اهداف این تحقیق را این گونه بیان نمود:

1- تعیین یک شاخص خشکسالی جدید که تلفیقی بوده و حتی الامکان از دو و یا سه نوع پارامترهای هواشناسی، هیدرولوژیک و کشاورزی استفاده شده باشد.

2- تهیه نقشه های درصد فراوانی نسبی خشکسالی ها برای استان اصفهان.

3- ارائه راهکارهای مناسب جهت کنترل خشکسالی در استان اصفهان با توجه به نتایج تحقیق. 

4-1- محدودیت های تحقیق

1- محدود بودن تعداد ایستگاه ها: در این تحقیق به منظور محاسبه‌ی دقیق تبخیر‌وتعرق مرجع، روش پنمن-مونتیت به‌کار برده می شود. برای محاسبه‌ی تبخیر‌تعرق با این روش به داده‌های رطوبت نسبی، دمای‌هوا، ساعات آفتابی و سرعت باد نیاز است. این داده‌ها فقط در ایستگاه‌های سنوپتیک ثبت‌می‌شوند.هم‌چنین برای جلوگیری از خطای ناشی از کوتاه‌بودن دوره‌ی‌آماری از ایستگاه‌هایی استفاده شد که بالای 10 سال آمار داشتند. این دو عامل تعداد ایستگاه های مورد استفاده این تحقیق  را به 12 ایستگاه سینوپتیک استان محدود می‌کند.

2- به دلیل استفاده از ایستگاه‌های سینوپتیک داده‌های مورد استفاده در این تحقیق جهت محاسبه شاخص‌ها، به دو پارامتر بارش و تبخیر‌تعرق مرجع محدود می‌شود.

فصل دوم: مقدمه و بررسی منابع

1-2- مقدمه

کمبود آب و مواد غذایی متأثر از بحران های اقلیمی، زنگ خطر را برای کشور ایران  به صدا در آورده است، به ویژه آن که زراعت های دیم و پوشش های منابع طبیعی از ریزش های نامنظم و ناچیز جوی در اکثر سال ها در رنج می‌باشند. خشکسالی‌ها و ترسالی‌ها معمولاً تأثیرات شدیدی بر منابع آب، محصولات کشاورزی، تجارت و بازرگانی و به طور کلی اقتصاد و بحران‌های سیاسی دارند. به علت قرار گرفتن ایران در کمربند خشک آب و هوایی جهان، بارش های آن از دو ویژگی میزان کم و نوسانات شدید برخوردار است. این دو عامل موجب ایجاد خشکسالی‌هایی با شدت‌های مختلف در کشور می‌شود که خسارت‌های گسترده‌ای را بر نظام اکولوژیک و اقتصادی مناطق تحت تأثیر تحمیل می‌کند.

خشكسالی یكی از بلایای طبیعی است كه به دلیل تاثیر قابل ملاحظه‌ای كه بر روی بخش كشاورزی و اقتصاد دارد، زندگی جمع قابل ملاحظه ای از ساكنان منطقه را تحت تاثیر قرار می‌دهد. خشكسالی بر خلاف بلایایی مانند زلزله یا سیل، به ظاهر تعداد تلفات محدودی دارد ولی معمولاً مناطق وسیع تری را در‌بر‌می‌گیرد و مدت زمان وقوع آن نیز طولانی خواهد بود [68].

2-2- خشکسالی و خشکی

1-2-2- مفهوم خشکسالی

تعریف كلی خشكسالی عبارت از وضعیت كمبود بارش است بطوری كه از نظر میزان به حدی باشد كه یک ناحیه را تحت تأثیر منفی قرار دهد [89]. اما تعریف خشکسالی و ارتباط آن با پدیده‌های هیدرولوژیک بسیار مشکل است زیرا اولاً ممکن است به طور همزمان تمام اجزای سیستم هیدرولوژیک را تحت تأثیر قرار ندهد، ثانیا خشکسالی یک پدیده مطلق نبوده، بلکه کمبود نسبی رطوبت می باشد. در این صورت، تقاضای زیاد برای آب نیز می تواند خشکسالی ایجاد کند، در حالی که بارندگی ممکن است طبیعی باشد [14]. ازطرف دیگر این تعریف بسیار كلی است و تفاوتی بین جنبه‌های مهم خشكسالی یعنی هواشناسی، هیدرولوژیك، كشاورزی واقتصادی و اجتماعی  قائل نشده است [31].

تاکنون تعاریف بسیار زیادی از خشکسالی شده است اما هر کدام از این تعاریف دیدگاه خاصی را مدنظر داشته‌اند. به هر حال، عدم وجود یک تعریف جامع و دقیق از خشکسالی و متفاوت بودن آن از دیدگاه‌های مختلف تاکنون مانع از درک کامل مفهوم خشکسالی شده است. حال از آنجا که خشکسالی بر کلیه جنبه های زندگی و بخش های مختلف جامعه خصوصاً تغییر محیط طبیعی تأثیرات مستیقیم و غیر مستقیمی دارد، عدم درک مفهوم آن موجب تردید و رکود در بخش های مختلف اقتصادی، مدیریتی و سیاست گذاری‌ها می شود.

از بین تعاریف خشکسالی تعریفی که مقبول‌تر و منطقی‌تر می باشد، عبارت است از این که خشکسالی را می توان معلول یک دوره شرایط خشک غیر عادی دانست که به اندازه کافی تداوم داشته باشد تا عدم تعادل در وضعیت هیدرولوژی یک ناحیه ایجاد شود. در دهه های اخیر در بین حوادث طبیعی که جمعیت های انسانی را تحت تأثیر قرار داده اند، تعداد و فراوانی پدیده خشکسالی از نظر شدت، مدت، فضای تحت پوشش، تلفات جانی، خسارات اقتصادی و اثرات اجتماعی دراز مدت در جامعه، بیشتر از سایر بلایای طبیعی بوده است. هم چنین 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