• صفحه اصلی
  • تحلیل آماری شاخص خشکسالی و پتانسیل آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار

اشتراک گذاری

آدرس مقاله


کد مقاله : 14020911783605 بازدید : 141 صفحه: 219 - 233

https://doi.org/10.30486/TSWS.2024.783605

نوع مقاله: پژوهشی

تحلیل آماری شاخص خشکسالی و پتانسیل آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار

محورهای موضوعی : مدیریت منابع آب

بابک ابراهیمی 1 (شرکت سهامی آب منطقه ای اصفهان)
مهرداد پسندی 2 (گروه زمين شناسي، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ايران.)
هانيه نيل فروشان 3 (شرکت سهامي آب منطقه‌اي اصفهان، اصفهان، ايران.)

تاریخ دریافت : 1402/09/11 تاریخ پذیرش : 1402/11/20 تاریخ انتشار : 1402/12/20

کلید واژه: خشكسالی, چشمه, شاخص بارش استاندارد, شهرستان خوانسار,

چکیده مقاله :

برنامه¬ریزی الگوی کشت و تسهیم حق‌آبه‌ها در اراضی آبخور سرچشمه خوانسار، مستلزم آگاهی از میزان آبدهی چشمه‌ها می‌باشد که در این تحقیق بر اساس مقادیر شاخص بارش اساندارد برآورد شده است. در این پژوهش، رابطه میان شاخص SPI، بارش و آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار در سه بازه زمانی مختلف، جهت برآورد منابع آب زیرزمینی و جریان ورودی به انهار مورد ارزیابی قرار گرفته است. انتظار می¬رود در یک سال با شرایط اقلیمی نرمال و نزدیک نرمال و میانگین بارش سالیانه در محدوده 295 تا 494 میلیمتر، میانگین آبدهی سالیانه چشمه‌های سرچشمه بین 8/12 تا 3/24 میلیون¬مترمکعب (میانگین 1/18 میلیون¬مترمکعب) باشد. احتمال وقوع این مقدار آبدهی چشمه‌ها بر اساس توزیع مقدار حدی 5/67 درصد با تواتر 5/1 سال خواهد بود. برای یک سال با شرایط اقلیمی خشک متوسط، میانگین بارش سالیانه 270 میلیمتر و میانگین آبدهی سالیانه چشمه‌های سرچشمه 9/11 میلیون¬مترمکعب پیش‌بینی می‌شود. بر اساس توزیع مقدار حدی، احتمال وقوع این مقدار آبدهی 9 درصد با تواتر 11 سال خواهد بود. انتظار می‌رود در سال‌های اقلیمی شدیداً خشک که تواتر وقوع آن 28 ساله می‌باشد، آبدهی چشمه‌های سرچشمه به کمتر از 1/10 میلیون¬مترمکعب در سال کاهش یابد. همچنین انتظار می‌رود در شرایط نرمال و نزدیک به نرمال که مقدار بارش متوسط شش ماهه اول در دامنه 236 الی326 میلیمتر است، میانگین آبدهی سالیانه (سال آبی) مجموعه چشمه‌های سرچشمه 5/18 میلیون¬مترمکعب (در دامنه 3/15 تا 8/21 میلیون¬متر مکعب با احتمال وقوع 5/67 درصد بر اساس توزیع مقدار حدی) باشد. بر اساس نتایج این تحقیق، بارش کمتر از 168 میلیمتر در نیمه اول سال آبی هشدار دهنده وقوع خشکسالی با درجه خشکی خشک متوسط تا شدیدا خشک با آبدهی سالیانه کمتر از 6/11 میلیون¬مترمکعب قابل توزیع در انهار می‌باشد. بارش¬های بیشتر از 394 میلیمتر در نیمه اول سال آبی نیز نویدبخش وقوع ترسالی با درجه مرطوب متوسط تا شدیدا مرطوب با آبدهی سالیانه بیشتر از 28 میلیون¬مترمکعب است.

چکیده انگلیسی:

Planning the cultivation pattern and water rights allocation in the irrigated lands by the Khansar Sarcheshmeh springs requires knowledge of the discharge of the springs, estimated based on the Standard Precipitation Index (SPI) in this research. The relationship between the SPI index, precipitation, and discharges of Khansar Sarchesmeh springs has been evaluated over three different periods to estimate the groundwater resources and inflow to the streams. In a year with normal or near-normal climatic conditions and average annual rainfall between 295 to 494 mm, the average annual discharge of Sarcheshmeh springs is expected to be between 12.8 and 24.3 million cubic meters (average of 18.1 million cubic meters) with 67.5% probability and a frequency of 1.5 years based on the extreme value distribution. For a year with average dry climatic conditions (270 mm average annual rainfall), the predicted average annual discharge of Sarcheshmeh springs is 11.9 million cubic meters with a 9% probability and a frequency of 11 years. In extremely dry climatic years (with an occurrence frequency of 28 years), the discharge of Sarcheshmeh springs is expected to decrease to less than 10.1 million cubic meters per year. In normal and close to normal conditions, with average rainfall in the range of 236 to 326 mm in the first six months, the average annual (water year) discharge of Sarcheshmeh springs is expected to be 18.5 million cubic meters (ranging from 15.3 to 21.8 million cubic meters with a 67.5% probability based on the extreme value distribution). According to the results of this research, rainfall of less than 168 mm occurred in the first half of the water year is a warning of the occurrence of a moderate to extremely dry drought with an annual discharge of less than 11.6 million cubic meters that can be distributed in the streams. Precipitations of more than 394 mm during the first half of the water year also indicate the likelihood of a moderate to extremely wet year, with an annual rainfall of more than 28 million cubic meters. Results of the research indicate that less than 168 mm of rainfall in the first half of the water year signals the potential for a moderate to extremely dry drought, with an annual discharge of less than 11.6 million cubic meters that can be distributed in the streams, while more than 394 mm of precipitation during the same period suggests the possibility of a moderate to extremely wet year with an annual rainfall of more than 28 million cubic meters.

منابع و مأخذ:

Abkhan Consulting Engineers (2013). Report on water resources balance of Golpayegan study area (4130), water resources balance update studies of the Namak Lake catchment. Iran Water Resources Management Company, basic studies of water resources, Ministry of Energy.
Barker, L.J., Hannaford, J., Chiverton, A., Svensson, C. (2016). From meteorological to hydrological drought using standarised indicators. Hydrol. Earth Syst. Sci. 20, 2483–2505. https://doi.org/10.5194/hess-20-2483-2016
Bloomfield, J.P., Marchant, B.P. (2013). Analysis of groundwater drought building on the standardised precipitation index approach. Hydrol. Earth Syst. Sci. 17, 4769–4787. https://doi.org/10.5194/hess-17-4769-2013
Bouabdelli, S., Meddi, M., Zeroual, A., Alkama, R. (2020). Hydrological drought risk recurrence under climate change in the karst area of Northwestern Algeria. J. Water Clim. Chang. 11(S1), 164-188. https://doi.org/10.2166/wcc.2020.207
Haslinger, K., Koffler, D., Schoner, W., Laaha, G. (2014). Exploring the link between drought and streamflow: Effects of climate-catchment interaction. Water Resour. Res. 50, 1-20. https://doi.org/10.1002/2013WR015051
Hughes, J.D., Petrne, K.C., Silberstein, R.P. (2012). Drought, groundwater storage and stream flow decline in southwestern Australia. Geophys. Res. Lett. 39, L03408. https://doi.org/10.1029/2011GL050797
Ljubenkov, I., Cindrić Kalin, K. (2016). Evaluation of drought using standardised precipitation and flow indices and their correlations on an example of Sinjsko polje. Građevinar 68(2), 135-143. https://doi.org/10.14256/JCE.1337.2015
McKee, T.B., Doeksen, N.J., Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration on time scales, 8th Conference of Applied Climatology, American Meteorological Society, Boston MA, 179-184.
Romano, E., Del Bon, A., Petrangeli, E., Preziosi, E. (2013). Generating synthetic time series of springs discharge in relation to standardized precipitation indices: Case study in Central Italy. J. Hydrol. 507, 86-99. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.10.020
Russo, T.A., Lall, U. (2017). Depletion and Response of Deep Groundwater to Climate-Induced Pumping Variability. Nat. Geosci. 10(2), 105–08. https://doi.org/10.1038/ngeo2883
Saada, N., Abu-Romman, A. (2017). Multi-site modelling and simulation of the standardized precipitation index (SPI) in Jordan. J. Hydrol. Reg. Stud. 14, 83–91. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2017.11.002
Stagge, J.H., Tallaksen, L.M., Gudmundsson, L., Van Loon, A.F., Stahl, K. (2015). Candidate distributions for climatological drought indices (SPI and SPEI). Int. J. Climatol. 35, 4027–4040. https://doi.org/10.1002/joc.4267
Uddameri, V., Singaraju, S., Hernandez, E.A. (2019). Is standardized Precipitation Index (SPI) a useful indicator to forecast groundwater droughts? — Insights from a Karst Aquifer. J. Am. Water Resour. Assoc. 55, 70–88. https://doi.org/10.1111/1752-1688.12698

متن کامل:


Technical Strategies in Water Systems

https://sanad.iau.ir/journal/tsws

ISSN (Online): 2981-1449

Winter 2024: Vol 1, Issue 3, 219-233

https://doi.org/10.30486/TSWS.2024.783605

C:\Users\s_mohseni\Desktop\vol 1-3\Backup_of_iraji logo rahbord.jpg 

 

Research Article

 

img0 

 

Statistical analysis of the SPI index and discharge potential of

the Khansar Sarcheshmeh springs

 

Babak Ebrahimi1, Mehrdad Pasandi2٭, Haniye Nilforoushan1

1 Regional Water Company of Esfahan, Isfahan, Iran.

2 Department of Geology, University of Isfahan, Isfahan, Iran.

 

*Corresponding Author email: m.pasandi@sci.ui.ac.ir

© The Author)s( 2024

 

Received: 02 Dec 2023

 Accepted: 09 Feb 2024

            Published: 09 Mar 2024

Abstract

Planning the cultivation pattern and water rights allocation in the irrigated lands by the Khansar Sarcheshmeh springs requires knowledge of the discharge of the springs, estimated based on the Standard Precipitation Index (SPI) in this research. The relationship between the SPI index, precipitation, and discharges of Khansar Sarchesmeh springs has been evaluated over three different periods to estimate the groundwater resources and inflow to the streams. In a year with normal or near-normal climatic conditions and average annual rainfall between 295 to 494 mm, the average annual discharge of Sarcheshmeh springs is expected to be between 12.8 and 24.3 million cubic meters (average of 18.1 million cubic meters) with 67.5% probability and a frequency of 1.5 years based on the extreme value distribution. For a year with average dry climatic conditions (270 mm average annual rainfall), the predicted average annual discharge of Sarcheshmeh springs is 11.9 million cubic meters with a 9% probability and a frequency of 11 years. In extremely dry climatic years (with an occurrence frequency of 28 years), the discharge of Sarcheshmeh springs is expected to decrease to less than 10.1 million cubic meters per year. In normal and close to normal conditions, with average rainfall in the range of 236 to 326 mm in the first six months, the average annual (water year) discharge of Sarcheshmeh springs is expected to be 18.5 million cubic meters (ranging from 15.3 to 21.8 million cubic meters with a 67.5% probability based on the extreme value distribution). According to the results of this research, rainfall of less than 168 mm occurred in the first half of the water year is a warning of the occurrence of a moderate to extremely dry drought with an annual discharge of less than 11.6 million cubic meters that can be distributed in the streams. Precipitations of more than 394 mm during the first half of the water year also indicate the likelihood of a moderate to extremely wet year, with an annual rainfall of more than 28 million cubic meters. Results of the research indicate that less than 168 mm of rainfall in the first half of the water year signals the potential for a moderate to extremely dry drought, with an annual discharge of less than 11.6 million cubic meters that can be distributed in the streams, while more than 394 mm of precipitation during the same period suggests the possibility of a moderate to extremely wet year with an annual rainfall of more than 28 million cubic meters.

Keywords: Drought, Spring, SPI, Khansar city

 

 img0

 

مقاله پژوهشی

 

تحلیل آماری شاخص خشکسالی و پتانسیل آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار

بابک ابراهيمي1، مهرداد پسندي2*، هانيه نيل فروشان1

1. شرکت سهامي آب منطقه‌اي اصفهان، اصفهان، ايران.

2. گروه زمين شناسي، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ايران.

 

m.pasandi@sci.ui.ac.ir :*ایمیل نویسنده مسئول

© The Author)s( 2024          

 

چاپ: 19/12/1402

پذیرش: 20/11/1402

دریافت: 11/09/1402

 

چکیده

برنامه­ریزی الگوی کشت و تسهیم حق‌آبه‌ها در اراضی آبخور سرچشمه خوانسار، مستلزم آگاهی از میزان آبدهی چشمه‌ها می‌باشد که در این تحقیق بر اساس مقادیر شاخص بارش اساندارد برآورد شده است. در این پژوهش، رابطه میان شاخص SPI، بارش و آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار در سه بازه زمانی مختلف، جهت برآورد منابع آب زیرزمینی و جریان ورودی به انهار مورد ارزیابی قرار گرفته است. انتظار می­رود در یک سال با شرایط اقلیمی نرمال و نزدیک نرمال و میانگین بارش سالیانه در محدوده 295 تا 494 میلیمتر، میانگین آبدهی سالیانه چشمه‌های سرچشمه بین 8/12 تا 3/24 میلیون­مترمکعب (میانگین 1/18 میلیون­مترمکعب) باشد. احتمال وقوع این مقدار آبدهی چشمه‌ها بر اساس توزیع مقدار حدی 5/67 درصد با تواتر 5/1 سال خواهد بود. برای یک سال با شرایط اقلیمی خشک متوسط، میانگین بارش سالیانه 270 میلیمتر و میانگین آبدهی سالیانه چشمه‌های سرچشمه 9/11 میلیون­مترمکعب پیش‌بینی می‌شود. بر اساس توزیع مقدار حدی، احتمال وقوع این مقدار آبدهی 9 درصد با تواتر 11 سال خواهد بود. انتظار می‌رود در سال‌های اقلیمی شدیداً خشک که تواتر وقوع آن 28 ساله می‌باشد، آبدهی چشمه‌های سرچشمه به کمتر از 1/10 میلیون­مترمکعب در سال کاهش یابد. همچنین انتظار می‌رود در شرایط نرمال و نزدیک به نرمال که مقدار بارش متوسط شش ماهه اول در دامنه 236 الی326 میلیمتر است، میانگین آبدهی سالیانه (سال آبی) مجموعه چشمه‌های سرچشمه 5/18 میلیون­مترمکعب (در دامنه 3/15 تا 8/21 میلیون­متر مکعب با احتمال وقوع 5/67 درصد بر اساس توزیع مقدار حدی) باشد. بر اساس نتایج این تحقیق، بارش کمتر از 168 میلیمتر در نیمه اول سال آبی هشدار دهنده وقوع خشکسالی با درجه خشکی خشک متوسط تا شدیدا خشک با آبدهی سالیانه کمتر از 6/11 میلیون­مترمکعب قابل توزیع در انهار می‌باشد. بارش­های بیشتر از 394 میلیمتر در نیمه اول سال آبی نیز نویدبخش وقوع ترسالی با درجه مرطوب متوسط تا شدیدا مرطوب با آبدهی سالیانه بیشتر از 28 میلیون­مترمکعب است.

 

کلمات کلیدی: خشكسالی، چشمه، شاخص بارش استاندارد، شهرستان خوانسار

 

1- مقدمه        

خشکسالی یک پدیده طبیعی زیان­آور است که بر فعالیت‌های اقتصادی، اجتماعی و زندگی انسان سایه انداخته و پایداری محیط‌های طبیعی بسیاری را شدیداً به خطر می‌اندازد. تحلیل تأثیرات زیان‌بار خشکسالی بر کشاورزی از اهمیت زیادی برخوردار است. خشکسالی منجر به تخریب زمین، کاهش محصول، گسترش مناطق با تنش آبی، افزایش ریسک سیل، محدودیت آب شهری و صنعتی، کاهش برق تولیدی از منابع آبی و افزایش احتمال مهاجرت می‌شود. خشکسالی ممکن است به صورت تدریجی برای مدت زمانی متغیر از چند ماه تا چند سال ادامه داشته باشد (Bloomfield and Marchant, 2013) و معمولاً بر اساس درجه خشکی (نسبت به مقادیر نرمال یا میانگین) و مدت زمان خشکی تعریف می‌شود. خشکسالی هواشناسی به عنوان عامل اصلی خشکسالی‌های دیگر (مانند خشکسالی‌های هیدرولوژی، کشاورزی و غیره) شناخته می‌شود. این خشکسالی‌ها همزمان و یا با تاخیرهای زمانی مختلف رخ می‌دهند (Bouabdelli et al., 2020). خشکسالی از دیدگاه هواشناسان ناشی از تغییر الگوهای آب و هوایی و کاهش بارش است. هیدرولوژیست‌ها خشکسالی را کاهش میزان آب زیرزمینی و آب سطحی نسبت به حد معمول تعریف می‌کنند. خشکسالی کشاورزی معمولاً پس از خشکسالی هواشناسی و قبل از خشکسالی هیدرولوژی رخ می‌دهد و کشاورزی معمولاً اولین بخش اقتصادی است که تحت تأثیر خشکسالی قرار می‌گیرد. از دیدگاه کشاورزی، زمانی که رطوبت خاک کمتر از نیاز واقعی محصول باشد و به محصول آسیب برساند، خشکسالی رخ داده است. چون نیاز آبی گیاهان متفاوت است، بنابراین خشکسالی برای محصولات مختلف نیز متفاوت می‌باشد. ارزیابی، نظارت و تعیین شدت، مداومت، زمان شروع و پایان و توزیع مکانی و زمانی خشکسالی برای آمادگی در برابر خطرات اقتصادی و اجتماعی ناشی از این پدیده از اهمیت بالایی برخوردار است. باید خشکسالی را با درک عمیق از جوانب اقلیمی، اکولوژیک، اقتصادی و اجتماعی مدیریت نموده و خسارات و تبعات آن را کاهش داد. بررسی تأثیر تغییرات آب و هوایی بر روی ذخیره‌های تجدیدپذیر آب زیرزمینی نیازمند مطالعاتی با رویکردهای مختلف در مورد تأثیر تغییرات اقلیم بر سیستم‌های منابع آب در سطح حوضه‌های آبریز است (Barker et al., 2016). آبخوان‌ها عمدتاً به عنوان بافر در برابر خشکسالی عمل می‌کنند و به طور وسیعی کمبود رطوبت در منطقه را جبران می‌نمایند. آب‌های زیرزمینی به عنوان منابع آب نسبتاً پایدار در طی دوره‌های ابتدایی خشکسالی عمل نموده و جریان‌های سطحی را در هنگام کمبود منابع آب سطحی و ذخایر منطقه تحت اشباع از طریق ارتباط با منابع آب سطحی حفظ می‌کنند (Hughes et al., 2012). اما منابع آب زیرزمینی نسبت به خشکسالی‌های مداوم و طولانی‌مدت حساس بوده و جبران ذخایر آب زیرزمینی نسبت به منابع آب سطحی ممکن است به طور قابل توجهی طولانی مدت باشد (Russo and Lall, 2017). اختلالات در کاهش و تخلیه آب‌های زیرزمینی ممکن است لزوماً با شروع و پایان خشکسالی‌های هواشناسی همزمان نباشد. به همین دلیل بر استفاده از مشاهدات طولانی‌مدت آب‌های زیرزمینی برای درک تأثیر تغییرات آب و هوایی بر آبخوان‌ها تاکید شده است (Uddameri et al., 2019). برنامه‌ریزی برای استفاده پایدار از منابع آب زیرزمینی نیازمند نظارت و ارزیابی کمی جریان چشمه‌ها در طول سال آبی است (Ljubenkov and Cindrić Kalin, 2016) و تخمین جریان چشمه در زمانی که اندازه‌گیری دبی ممکن نبوده و در هنگام مواجهه با فقدان سری زمانی طولانی‌مدت اندازه‌گیری، توصیه می‌شود. بدین جهت یکسری روش‌ها برای تحلیل رابطه بین داده‌های زمانی بارش و تغذیه با دبی چشمه ارائه شده است (Romano et al., 2013).

شاخص بارش استاندارد(SPI1) به طور گسترده‌ای برای بررسی وضعیت خشکسالی از طریق تعیین کمیت بارش در بازه‌های زمانی متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد (McKee et al., 1993). این روش برای شناسایی کمبود بارش در چندین دوره زمانی طراحی شده و نشان‌دهنده تأثیر خشکسالی بر دسترسی به منابع مختلف آب در این دوره‌ها می‌باشد. SPI می‌تواند برای بازه‌های زمانی کوتاه مدت (1-3 ماه) یا بلند مدت (9-12 ماه) و حتی برای بازه‌های زمانی طولانی مدت‌تر مانند 24 ماهه استفاده شود (Saada and Abu-Romman, 2017). SPI نشان‌دهنده انحراف از میانگین بارش تجمعی در یک دوره زمانی خاص است و دوره‌های کم بارش یا خشکسالی (SPI منفی یا کمتر از میانگین)، بارش فراوان (SPI مثبت یا بیشتر از میانگین) و شرایط نرمال (میانگین) (SPI صفر) را نشان می‌دهد. این تغییرات آبی با کاهش یا افزایش سطح آب زیرزمینی و در نتیجه کاهش و افزایش دبی چشمه‌ها به آبخوان‌ها منتقل می‌شود (Haslinger et al., 2014).

بروز خشکسالی‌ها، تغییر رژیم آبدهی انهار و رودخانه‌ها، توسعه مصارف و بارگذاري‌هاي جدید، برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی، توسعه و تغییر الگوی کشت، سیاست دولت‌ها در مدیریت منابع و مصارف، باعث بروز اختلافات، درگیری و بحران در محدوده‌های مختلف شده است. در منطقه مطالعاتی خوانسار نیز وقوع خشکسالی، رشد جمعیت و افزایش تقاضاهاي شرب و کشاورزي با توجه به توسعه کشاورزي و تغییر الگوي کشت در طول زمان سبب ایجاد اختلاف بین آب‌بران انهار یازده­گانه شده است. شهرستان خوانسار به صورت یک باغ شهر با تعدد چشمه‌ها و انهار می‌باشد. آبیاری در حدود 500 هکتار از اراضی شهرستان خوانسار از طریق چشمه‌هایی به نام سرچشمه و سیستم انتقال و توزیع آب از یازده انهار در این منطقه انجام می‌شود. چشمه‌های سرچشمه خوانسار شامل مرزنگشت، باباپیر، کرکه‌خان و غیره منابع آبی اصلی این منطقه هستند. در این منطقه، بهره‌برداران هر نهر معمولاً از نوعی توافقنامه جهت بهره‌برداری از آب هر نهر استفاده می­کرده‌اند. برای تعدادي از انهار این توافق نامه‌ها با توجه به وضعیت آبی هر سال و با مشارکت بهره‌برداران به­روز می‌شده است. با این وجود با گذشت زمان اختلاف میان بهره‌برداران یک نهر به دلیل عدم ثبت دقیق و مشخص میزان حقابه هر فرد افزایش یافته است. در سال­های اخیر سهم هر نهر بر اساس شرایط اقلیمی هر سال تعیین شده است. بدیهی است در چنین شرایطی شناخت دقیق از وضعیت اقلیمی و پیش‌بینی میزان آبدهی انهار در فصول آبیاری بر اساس بارش و شرایط اقلیمی نیمه اول سال می‌تواند کمک بزرگی به کشاورزان در خصوص پیش‌بینی سهم آب از آبدهی سرچشمه و برنامه‌ریزی کشت خواهد داشت.

هدف اصلی این تحقیق بررسی خصوصیات اقلیمی منطقه مطالعاتی به منظور پیش‌بینی آبدهی چشمه‌های سرچشمه به منظور برنامه‌ریزی کشاورزی در اراضی تحت شرب انهار سنتی است. بر این اساس مهمترین فرض این تحقیق عبارت خواهد بود از: 1) مقادیر آبدهی چشمه‌های سرچشمه ارتباط مستقیم با میزان بارش دارد 2) شاخص‌های تعیین خشکسالی و مقادیر بارش می‌تواند به عنوان یک ابزار پیش‌بینی با دقت مطلوب در منطقه مورد استفاده قرار گیرد.

2- مواد و روش‌ها

2-1- محدوده مطالعاتی

مساحت منطقه مورد مطالعه در شهرستان خوانسار واقع در فاصله 175 کیلومتری غرب اصفهان، حدود 4350 هکتار است. این منطقه جزئی از محدوده مطالعاتی گلپایگان با مساحتی بالغ بر 3505 کیلومتر مربع محسوب شده و بخشی از حوضه آبریز دریاچه نمک را شامل می‌شود. محدوده مطالعاتی گلپایگان از شمال به شهرستان گلپایگان، از غرب به استان لرستان، از شرق به نجف آباد و از جنوب به فریدن محدود می‌شود. این محدوده بخشی از حوضه آبریز رودخانه قمرود بوده که سرشاخه‌های جنوبی آن موسوم به رودخانه دربند و رودخانه خوانسار از ارتفاعات جنوبی محدوده سرچشمه گرفته و از به هم پیوستن آن‌ها رودخانه غرقاب تشکیل و از ناحیه شمالی محدوده خارج می‌شود (شکل 1). قله کوه افوس (قبله) با ارتفاع 3745 متر واقع در جنوب حوضه بلندترین نقطه ارتفاعی دشت گلپایگان است. در مقابل، در منطقه جلماجرد جدید واقع در خروجی حوضه، پست‌ترین نقطه به ارتفاع 1647 متر از سطح دریای آزاد قرار دارد. نیمه جنوبی منطقه بیشترین تنوع ارتفاعی را دارد که به وجود واحدهای سنگی مقاوم مانند سنگ آهک‌های کرتاسه، سنگ آهک‌ها و دولومیت‌های پرمین و توده‌های نفوذی گرانیتی در منطقه مربوط است. میانگین دمای سالانه در منطقه حدود 4/13 درجه سانتیگراد است و در شهرستان خوانسار در طول سال به طور متوسط 91 روز با دمای زیر صفر سپری می‌شود. میانگین ساعات آفتابی سالانه در منطقه 2885 ساعت است. طبق آمار بلندمدت، میانگین رطوبت نسبی هوا در طول ماه‌های سال حدود 35 درصد می‌باشد. تعداد روزهای بارانی در سال حدود 76 روز بوده و در طول سال به طور متوسط 26 روز برفی وجود دارد که بیشترین تعداد در ماه‌های آذر، دی و بهمن می‌باشد. باد غالب در شهرستان خوانسار در جهت شمال غربی- جنوب شرقی است (Abkhan Consulting Engineers, 2013).

شکل 1. موقعیت محدوده مورد مطالعه در حوضه آبریز دریاچه نمک و موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی در محدوده مورد مطالعه

img0 

Fig 1. Location of the studied area in the Namak lake watershed and location of meteorological stations in the studied area

2-2- داده‌ها و اطلاعات

در این تحقیق از داده‌های ایستگاه‌های هواشناسی در گلپایگان برای بررسی بارش در محدوده مطالعاتی و آبدهی چشمه‌های سرچشمه خوانسار استفاده شده است. برای این منظور، اطلاعات سه ایستگاه سینوپتیک و یک ایستگاه کلیماتولوژی متعلق به سازمان هواشناسی مورد استفاده قرار گرفته است (جدول 1). شکل 1 نیز ایستگاه‌های سینوپتیک در داران، الیگودرز و گلپایگان را نمایش می‌دهد. ایستگاه کلیماتولوژی خوانسار به علت واقع شدن در محدوده مورد مطالعه، به عنوان مبنا انتخاب شده است. به دلیل ناقص بودن اطلاعات آماری ایستگاه کلیماتولوژی خوانسار، از اطلاعات ایستگاه‌های سینوپتیک همجوار (داران، گلپایگان و الیگودرز) که در آب و هوا و فیزیوگرافی تا حد امکان با ایستگاه مورد نظر مشابهت دارند، برای تکمیل نواقص آماری داده‌ها استفاده شده است.

بر اساس بررسی آمار ایستگاه­های سینوپتیک داران، گلپایگان و الیگودرز مشخص گردید که ایستگاه داران از سال 1368 تا انتهای دوره مطالعاتی، از آمار مطلوبی برخوردار است. همچنین ایستگاه الیگودرز از سال 1365 تا 1385 و ایستگاه گلپایگان از سال 1370 تا 1385 دارای آمار کامل می­باشد. ایستگاه کلیماتولوژی خوانسار نیز اگر چه طی سال­های 1358 تا انتهای دوره مطالعاتی آمار ثبت شده دارد، اما این آمار در سال­های 58 تا 62، سال 64، سال­های 67 تا 70 و سال 72 دارای نواقص و محدودیت می­باشد.

 

 

 

جدول 1. فهرست ایستگاه‌های هواشناسی منتخب در محدوده مورد مطالعه

Table 1. List of selected meteorological stations in the studied area

ردیف

نام ایستگاه

نوع ایستگاه

مشخصات جغرافیایی

سال تأسیس

سازمان ذیربط

طول جغرافیایی

عرض جغرافیایی

ارتفاع

دقیقه- درجه

دقیقه- درجه

(متر)

1

داران

سینوپتیك

22-50

58-32

2290

1367

هواشناسی

2

الیگودرز

سینوپتیك

42-49

24-33

2022

1364

هواشناسی

3

گلپایگان

سینوپتیك

17-50

28-33

1870

1370

هواشناسی

4

خوانسار

كلیماتولوژی

19-50

14-33

2300

1345

هواشناسی

همانطور که بیان شد، چشمه‌های سرچشمه خوانسار شامل مرزنگشت، باباپیر، کرکه­خان و غیره منابع آبی اصلی این منطقه هستند. نهرهای کرچ، جولا، زرآغوش، کرکه‌خان و افیونچه مستقیماً از این چشمه‌های سرچشمه آب می‌گیرند و 6 نهر دیگر (ترنقان، درمنان، کولان، ارسو، نوقفیانه، یسارج) از ترکیبی از آب نهر لب‌رود و رودخانه خوانسار آبگیری می‌نمایند. تعیین آبدهی این چشمه‌ها توسط اندازه‌گیری مقدار آب ورودی به پنج نهر کرچ، جولا، افیونچه، زرآغوش و کرکه‌خان و همچنین تعیین آبدهی نهر لب‌رود انجام شده است. برای تحلیل میزان آبدهی چشمه خوانسار، دبی آب اندازه‌گیری شده از نهرهای کرچ، کرکه‌خان، جولا، افیونچه و زرآغوش، به همراه میزان آب در محل سرچشمه استفاده شده است (شکل 2).

شکل2. نقشه انهار سنتی خوانسار و موقعیت ایستگاه‌های اندازه‌گیری دبی

img0 

Fig 2. Map illustrating the traditional channels of Khansar and the location of discharge measurement stations

نمودارهای آبدهی متوسط ماهانه انهار از ابتدا تا پایان دوره زمانی سال‌های 1387 تا 1399 را می‌توان در شکل 3 مشاهده کرد. همچنین، شکل 4 نمودار مجموع متوسط آبدهی ماهانه چشمه‌های سرچشمه در بازه مورد بررسی را نشان می‌دهد. در شکل 5، نمودارهای متوسط ماهانه آب ورودی به انهار افیونچه، جولا، زرآغوش، کرچ، کرکه خان و نیز ایستگاه سرچشمه برای بازه زمانی 87 تا 97 قابل مشاهده است.

شکل 3. سری زمانی ماهیانه آب ورودی به انهار خوانسار (دوره زمانی 1398-1387) (آبدهی منفی بیانگر عدم اندازه­گیری دبی در برخی ماه‌ها است)

img0 

Fig 3. Monthly time series showing water inflow into the Afionche stream from 2008 to 2019 (Negative discharge values indicate lack of discharge measurement in certain months)

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 4. سری زمانی مجموع آبدهی چشمه‌های سرچشمه (دوره زمانی 1398-1387)

img0 

Fig 4. Time series of the total discharge of the Sarcheshmeh springs (2008-2019)

 

شکل 5. میانگین ماهانه آب ورودی به انهار سنتی خوانسار طی دوره آماری 1397-1387

img0 

Fig 5. The average monthly water inflow into the Khansar traditional streams within the period 2008-2019

 2-3- روش‌شناسی

با توجه به تأثیر خشکسالی و کمبود بارش بر رطوبت خاک و جریان آبراهه‌ها از شاخص بارش استاندارد SPI  برای بررسی کمی تأثیر کمبود بارش در طی دوره‌های زمانی 3، 6، 12، 24 ماهه استفاده شده است. محاسبه  SPI بر اساس آمار طولانی مدت بارش انجام شده است. در این روش، ابتدا داده‌های بارش در دوره مورد نظر به یک توزیع احتمالاتی برازش داده می‌شود. سپس این داده‌ها به توزیع نرمال استاندارد با میانگین صفر و واریانس 1 تبدیل می‌گردند(Stagge et al., 2015). از این تبدیل برای محاسبه میانگین SPI در دوره مورد نظر استفاده می‌شود. مقادیر مثبت و منفی SPI به ترتیب بیانگر بارش‌های بالاتر و پایین‌تر از میانگین بارش هستند. با توجه به مقادیر SPIمی‌توان خشکسالی و ترسالی را در دوره مورد نظر طبقه‌بندی نمود. در جدول 2، هفت حالت مختلف برای وضعیت آب و هوایی در هر سال یا دوره مورد نظر مشخص شده است.

جدول 2. نمایه SPI برای پایش‌خشكسالی

Table 3. The SPI index for drought monitoring

شدت خشكسالی

مقادیر SPI

شدت خشكسالی

مقادیر SPI

شدیداً مرطوب

2 و بیشتر

خشك متوسط

1- تا 49/1-

بسیار مرطوب

5/1 تا 99/1

بسیار خشك

5/1- تا 99/1-

مرطوب متوسط

1 تا 49/1

شدیداً خشك

2- و كمتر

نزدیک نرمال

99/0- تا 99/0

 

 

 

 

 

 

 

دراین مطالعه، بر اساس تحلیل داده‌های بارش و استفاده از آزمون Kolmogorov-Smirnov، احتمال وقوع شدت‌های خشکسالی سالیانه (سال آبی) بررسی گردید. توزیع‌های آماری مختلف مورد بررسی قرار گرفته و برازش آن‌ها با استفاده از آزمون مذکور ارزیابی شد. سپس با توجه به برازش توزیع‌های احتمالاتی، احتمال وقوع و دوره برگشت شدت‌های خشکسالی برای داده‌های سالیانه خوانسار محاسبه گردید. همچنین، همبستگی شاخص استاندارد (SPI) با بارش و آبدهی چشمه‌های سرچشمه در سه بازه زمانی آماری زیر مورد بررسی قرار گرفت:

الف) همبستگی شاخص استاندارد بارش 12 ماهه (SPI12) با آبدهی کل سال آبی (Q12)

ب) همبستگی شاخص استاندارد بارش 6 ماهه اول سال آبی (SPI6) با آبدهی کل سال آبی  (Q12)

ج) همبستگی شاخص استاندارد بارش 6 ماهه اول سال آبی (SPI6) با آبدهی 6 ماهه دوم سال آبی (بهار و تابستان)  (Q6)

3- نتایج و بحث

شناسایی دوره‌های خشکسالی و ترسالی نیازمند ایستگاه‌های بارندگی با سری زمانی طولانی مدت داده است. لذا ایستگاه خوانسار با دوره آماربرداری از سال 1345 تا 1397 برای این بررسی انتخاب شده است. ایستگاه خوانسار در ابتدا از نوع کلیماتولوژی بوده و در سال 1384 به ایستگاه سینوپتیک تبدیل شده است. در 28 سال اول دوره آماربرداری ایستگاه خوانسار نواقصی وجود دارد که جهت رفع آن از همبستگی سالیانه با ایستگاه‌های داران، گلپایگان و الیگودرز استفاده گردید. بر اساس این اطلاعات، بارندگی متوسط سالانه در این منطقه 9/399 میلیمتر است و بیشترین میزان بارندگی در ماه‌های اسفند و فروردین رخ می‌دهد. بیش‌ترین میزان بارش سالانه در سال 1382 به میزان 2/623 میلی‌متر بوده است و کم‌ترین میزان بارش سالانه در سال 1386 به میزان 8/193 میلیمتر رخ داده است. کمترین مقادیر بارش مربوط به ماه‌های اردیبهشت تا مهر است که کمتر از 16 درصد نسبت به سایر ماه‌ها می‌باشد. میانگین بارش ماهیانه ایستگاه خوانسار در شکل 6 نمایش داده شده است.

 

 

شکل 6. مقادیر میانگین بارش ماهانه ایستگاه خوانسار

img0 

Fig 6. Average monthly precipitation recorded at the Khansar station

 

نتایج محاسبه شاخص استاندارد SPI جهت بررسی خشکسالی در بازه‌های زمانی ۳، ۶، ۹، ۱۲، ۱۸، ۲۴ و ۴۸ ماهه با استفاده از اطلاعات بارش ایستگاه سینوپتیک خوانسار در طی بازه زمانی ۱۳۶۳-۱۳۹۷ در شکل 7 نشان داده شده است. شکل7 نشان می‌دهد که دوره‌های خشک و مرطوب فراوانی مشابهی دارند و دوره خشکسالی دوام و شدت بیشتری نشان می‌دهد. در مقیاس‌های زمانی کوتاه مدت (۳ و ۶ ماهه)، شاخص SPI دارای نوسانات زیادی است، زیرا SPI کوتاه مدت به شرایط رطوبتی بسیار حساس بوده و به تغییرات اندک در بارش ماهانه سریعاً عکس‌العمل نشان می‌دهد. اگر تغییرات مثبت باشند، مقدار SPI به بالای صفر جابجا می‌شود و در صورت تغییرات منفی، SPI به زیر صفر کاهش می‌یابد. این مقیاس بر مبنای میانگین متحرک ۳ و ۶ ماهه استوار است و تا زمانی که بارش به میزان صفر یا رقم ناچیزی باشد، شاخص خشکسالی را نشان خواهد داد. ماه‌های با بارش قابل توجه تأثیر خود را بر میانگین متحرک ۳ و ۶ ماهه نشان داده و شاخص را به بالاتر از میانگین تغییر می‌دهند. بنابراین، تأثیر بارش در فصل سرد منجر به گسستگی در دوره‌های خشک می‌شود. از نمودار۱۲ ماهه به بعد، دوره‌های خشک و مرطوب به طور واضح‌تر نمایان می‌شوند. بر اساس SPI ۱۲ ماهه، شدیدترین خشکسالی مربوط به سال ۱۳۸۶ است. در نمودار ۲۴ ماهه، ۴ دوره خشک و ۴ دوره مرطوب قابل توجه هستند. بر اساس نمودار ۱۲ ماهه، سال‌های ۱۳۶۴-۱۳۶۸، ۱۳۷۰-۱۳۷۲ و ۱۳۸۰-۱۳۸۵ به عنوان سال‌های پرآبی شناخته می‌شوند، در حالی که منطقه مورد مطالعه در سال‌های ۱۳۶۳، ۱۳۷۳-۱۳۷۹ و ۱۳۸۶ با خشکسالی مواجه بوده است.

برای مطالعه دوره‌های پرآبی و خشکسالی از نوسانات بارش سالانه و میانگین متحرک ۳ و ۵ ساله به همراه مقایسه آن‌ها با میانگین درازمدت بارش در منطقه مورد مطالعه استفاده شده است. طبق شکل 7، سال‌های ۱۳۶۸-۱۳۶۴، ۱۳۷۲-۱۳۷۰ و ۱۳۸۵-۱۳۸۰ در منطقه مورد مطالعه به عنوان سال‌های پرآب و دوره‌های ۱۳۶۳، ۱۳۷۹-۱۳۷۳ و ۱۳۹۱-۱۳۸۵ به عنوان دوره‌های کم آب شناسایی شده‌اند. نتایج این نمودار منطبق با نتایج نمودار شاخص استاندارد بارش ۱۲ ماهه است.

بر اساس تحلیل داده‌های بارش سالیانه از سال آبی 64-65 الی 96-97 و استفاده از توزیع‌های آماری مختلف، احتمال وقوع شدت‌های خشکسالی سالیانه (سال آبی) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمون Kolmogorov-Smirnov نشان می‌دهد که توزیع مقدار حدی (Extreme Value) برای این منظور دقت بالاتری نسبت به توزیع نرمال داشته و به علت عدم نرمال بودن توزیع داده‌ها، توزیع نرمال دقت کمتری دارد. براساس برازش توزیع‌های احتمالاتی، احتمال وقوع و دوره برگشت شدت‌های خشکسالی برای داده‌های سالیانه خوانسار محاسبه گردیده و در جدول 3 آورده شده است. بر اساس این جدول، احتمال وقوع سال‌های نرمال و نزدیک نرمال اقلیمی (محدوده شاخص بارش بین 1+ تا 1-) 5/67% است و دوره برگشت آن 48/1 سال می‌باشد. همچنین، هر 1/11 سال آماری شرایط خشک متوسط (احتمال وقوع 9%) و هر 3/9 سال آماری شرایط مرطوب متوسط (احتمال وقوع 8/10%) در خوانسار تجربه می‌شود. به علاوه احتمال وقوع سال‌های بسیار خشک و شدیداً خشک 5/8% (دوره برگشت 7/11 سال) و احتمال وقوع سال‌های بسیار مرطوب و شدیداً مرطوب نیز 1/4% (دوره برگشت 2/24 سال) است.

شکل 7. نمودار تغییرات شاخص SPI در بازه‌های زمانی 3 ماهه تا 48 ماهه (از سال 1367 تا 1398)، میانگین بارش سالانه و متحرک سه و پنج ساله (از سال 1364 تا 1400) در ایستگاه خوانسار

img0 

Fig 7. The graph demonstrating SPI index changes in the time periods of 3 months to 48 months (from 1988 to 2019), alongside the annual mean precipitation and moving averages of precipitation over three-year and five-year intervals (from 1985 to 2021) at the Khansar station

 

جدول 3. احتمال و دوره بازگشت شدت‌های خشکسالی مختلف با توجه به داده‌های بارش سالانه (سال آبی) و توزیع‌های آماری مختلف

Table 3. Probabilities and return periods of the various drought intensities according to the annual rainfall data (water year) and different statistical distributions

شدت خشکسالی

شاخص بارش استاندارد سالیانه (سال آبی)

شرح

توزیع آماری

Gen. Extreme Value

Normal

شدیداً خشک

2-

احتمال وقوع (%)

57/3

29/2

دوره بازگشت (سال)

01/28

67/43

بسیار خشک

99/1- ~ 5/1-

احتمال وقوع (%)

96/4

61/4

دوره بازگشت (سال)

16/20

69/21

خشک متوسط

49/1- ~ 1-

احتمال وقوع (%)

04/9

73/9

دوره بازگشت (سال)

06/11

28/10

نزدیک نرمال و نرمال

1+ ~ 1-

احتمال وقوع (%)

50/67

53/69

دوره بازگشت (سال)

48/1

44/1

مرطوب متوسط

49/1+ ~ 1+

احتمال وقوع (%)

80/10

38/8

دوره بازگشت (سال)

26/9

93/11

بسیار مرطوب

99/1+ ~ 5/1+

احتمال وقوع (%)

00/4

74/3

دوره بازگشت (سال)

00/25

74/26

شدیداً مرطوب

2+

احتمال وقوع (%)

13/0

72/1

دوره بازگشت (سال)

23/769

14/58

بررسی همبستگی بین شاخص بارش استاندارد 12 ماهه سال آبی (SPI12) و آبدهی سالیانه سال آبی (Q12) چشمه خوانسار در بازه زمانی 82-81 الی 97-96 نشان می‌دهد که ضریب همبستگی بین این دو پارامتر برابر 84/0 است. همچنین، همبستگی بین شاخص استاندارد 6 ماهه اول سال آبی (SPI6) و آبدهی سالیانه سال آبی (Q12) چشمه خوانسار در بازه زمانی 82-81 الی 97-96 حاکی از همبستگی خوب (91/0) بین این دو پارامتر می‌باشد. همبستگی بین شاخص استاندارد بارش 6 ماهه اول سال آبی (SPI6) و آبدهی 6 ماهه دوم سال آبی (Q6) چشمه خوانسار در بازه زمانی 82-81 الی 97-96 نیز نشان دهنده وجود همبستگی خوبی (89/0) بین این دو پارامتر است. نتایج حاصل از همبستگی ها (SPI12 - Q12)، (SPI6 - Q12) و (SPI6 – Q6) به ترتیب در جداول 4 الی 6 اائه شده است. بر اساس نتایج حاصل از همبستگی SPI12 - Q12  ارائه شده در جدول 4 می توان انتظار داشت که آبدهی متوسط سالیانه (سال آبی) چشمه­های مجموعه سرچشمه به ازای بارش متوسط سالیانه به میزان 394 میلیمتر در محدوده نرمال برابر با 1/18 میلیون­مترمکعب باشد. بارش متوسط سالیانه کمتر از 220 میلیمتر بیانگر وقوع خشکسالی شدید با آبدهی برابر (یا کمتر از) 1/10 میلیون­مترمکعب و بارش متوسط برابر (یا بیشتر از) 568 میلیمتر احتمال وقوع سال بسیار مرطوب با آبدهی برابر (یا بیشتر از) 1/30 میلیون­مترمکعب را نشان می­دهد.

جدول 4. درجه خشکی با توجه به ارتباط شاخص SPI و بارش کل سال آبی با آبدهی سالیانه چشمه خوانسار

Table 4. The aridity level according to relationship between the SPI index and precipitation of the entire water year with annual water discharge of the Khansar spring

Q12 آبدهی کل سالیانه (میلیون متر مکعب)

بارش کل سال آبی (میلیمتر)

شاخص کل سال آبیSPI12

درجه خشکی

Qmean

Qmax

Qmin

Pmean

Pmax

Pmin

348/9>

195>

2-

شدیداً خشک

154/10

959/10

348/9

220

245

196

99/1- ~ 5/1-

بسیار خشک

904/11

849/12

959/10

270

295

245

49/1- ~ 1-

خشک متوسط

254/15

660/17

849/12

345

394

295

1- ~ 0

نزدیک نرمال

110/18

966/20

254/15

394

444

345

0

نرمال

966/20

273/24

660/17

444

494

394

0 ~ 1+

نزدیک نرمال

365/26

457/28

273/24

519

543

494

49/1+ ~ 1+

مرطوب متوسط

909/30

362/33

457/28

568

593

543

99/1+ ~ 5/1+

بسیار مزطوب

362/33<

593<

2+

شدیداً مرطوب

 

بر اساس نتایج حاصل از همبستگی SPI6 - Q12  ارائه شده در جدول 5 می­توان انتظار داشت که آبدهی متوسط سالیانه (سال آبی) چشمه­های مجموعه سرچشمه به ازای بارش متوسط 6 ماه اول سال آبی به میزان 281 میلیمتر در محدوده نرمال برابر با 5/18 میلیون­مترمکعب باشد. بارش متوسط 6 ماه اول سال آبی کمتر از 123 میلیمتر بیانگر وقوع خشکسالی شدید با آبدهی برابر (یا کمتر از) 7/9 میلیون­مترمکعب و بارش متوسط 6 ماه اول سال آبی برابر (یا بیشتر از) 439 میلیمتر احتمال وقوع سال بسیار مرطوب با آبدهی برابر (یا بیشتر از) 4/33 میلیون­مترمکعب را نشان می­دهد. بارش متوسط برابر (یا کمتر از) 168 میلیمتر در شش ماهه اول نشانگراحتمال وقوع خشکسالی با آبدهی برابر (یا کمتر از) 6/11 میلیون­مترمکعب است. همچنین آبدهی متوسط سالانه (سال آبی) چشمه‌های سرچشمه به ازای بارش متوسط شش ماهه اول به میزان 236 تا 326 میلیمتر در محدوده نرمال و نزدیک نرمال و برابر با 3/15 الی 8/21 میلیون­مترمکعب باشد.

بر اساس نتایج حاصل از همبستگی SPI6 - Q6 ارائه شده در جدول 6 می­توان انتظار داشت که آبدهی شش ماهه دوم سال آبی (ابتدای فروردین تا انتهای شهریور) چشمه­های مجموعه سرچشمه به ازای بارش متوسط شش ماهه اول (ابتدای مهر ماه الی انتهای اسفندماه) به میزان 281 میلیمتر در محدوده نرمال برابر با 1/11 میلیون­مترمکعب باشد. بارش متوسط شش ماهه اول برابر (یا کمتر از) 123 میلیمتر در شش ماهه اول احتمال وقوع خشکسالی با متوسط آبدهی شش ماهه دوم سال آبی برابر (یا کمتر از) 2/5 میلیون­مترمکعب را هشدار داده و بارش متوسط برابر (یا بیشتر از) 439 میلیمتر در شش ماهه اول احتمال وقوع تر سالی با آبدهی برابر (یا بیشتر از) 8/21 میلیون­مترمکعب در شش ماهه دوم را پیش بینی می‌کند.

 

جدول 5. درجه خشکی با توجه به ارتباط شاخص SPI و بارش شش ماهه اول سال آبی با آبدهی کل سالیانه چشمه خوانسار

Table 5. The aridity level according to relationship between the SPI index and rainfall of first six months of the water year with the total annual water discharge recorded at the Khansar spring

آبدهی کل سالیانه (میلیون متر مکعب)

بارش شش ماهه اول سال آبی (میلیمتر)

شاخص 6 ماهه اول سال آبی

SPI6

درجه خشکی

Qmean

Qmax

Qmin

Pmean

Pmax

Pmin

869/8>

100>

2-

شدیداً خشک

724/9

580/10

869/8

123

145

100

99/1- ~ 5/1-

بسیار خشک

601/11

621/12

580/10

168

191

145

49/1- ~ 1-

خشک متوسط

292/15

962/17

621/12

236

281

191

1- ~ 0

نزدیک نرمال

527/18

762/21

292/15

281

326

236

0

نرمال

762/21

562/25

962/17

326

372

281

0 ~ 1+

نزدیک نرمال

028/28

494/30

562/25

394

417

372

49/1+ ~ 1+

مرطوب متوسط

435/33

377/36

494/30

439

462

417

99/1+ ~ 5/1+

بسیار مزطوب

377/36<

462<

2+

شدیداً مرطوب

 

جدول 6. درجه خشکی باتوجه به ارتباط شاخص SPI و بارش شش ماهه اول سال آبی با آبدهی کل شش ماهه دوم سال آبی چشمه خوانسار

Table 6. The aridity level according to relationship between the SPI index and precipitation of first six months of the water year with the total water discharge of second six months of the water year of the Khansar spring

آبدهی شش ماهه دوم سال آبی (میلیون متر مکعب)

بارش شش ماهه اول سال آبی (میلیمتر)

شاخص 6 ماهه اول سال آبی

SPI6

درجه خشکی

Qmean

Qmax

Qmin

Pmean

Pmax

Pmin

709/4>

100>

2-

شدیداً خشک

241/5

772/5

709/4

123

145

100

99/1- ~ 5/1-

بسیار خشک

424/6

076/7

772/5

168

191

145

49/1- ~ 1-

خشک متوسط

853/8

631/10

076/7

236

281

191

1- ~ 0

نزدیک نرمال

078/11

302/13

853/8

281

326

236

0

نرمال

302/13

973/15

631/10

326

372

281

0 ~ 1+

نزدیک نرمال

776/17

580/19

973/15

394

417

372

49/1+ ~ 1+

مرطوب متوسط

790/21

000/24

580/19

439

462

417

99/1+ ~ 5/1+

بسیار مزطوب

000/24<

462<

2+

شدیداً مرطوب

به عنوان مثال ، در سال آبی 1399-1400 میزان بارش کل سال آبی 248 میلیمتر می­باشد. مطابق جدول 4 ملاحظه می­گردد که این میزان بارش بیانگر یک سال خشک متوسط (با ضریب SPI بین 1- تا 5/1- و میانگین بارش سالانه (سال آبی) به میزان 270 میلیمتر (با دامنه تغییرات بین 245 تا 295 میلیمتر) در ایستگاه خوانسار است و لذا انتظار می­رود آبدهی سالیانه چشمه‌های سرچشمه به طور متوسط حدود 9/11 میلیون­مترمکعب باشد. احتمال وقوع چنین سالی در حدود 10% است و پیش‌بینی می‌شود که در هر یازده سال یک مرتبه این وضعیت در منطقه رخ دهد.

4- نتیجه­گیری

 

تحلیل شاخص SPI و تغییرات سالانه بارش مشخص نموده که در شهرستان خوانسار در بازه زمانی مورد مطالعه شدیدترین خشکسالی در سال 1386 رخ داده است. علاوه بر این، سال‌های 1364-1368، 1370-1372 و 1380-1385 به عنوان سال‌هایی با بیشترین میزان بارش (ترسالی) در این منطقه تشخیص داده شده‌اند و شهرستان خوانسار در سال‌های 1363، 1373-1379، 1385-1391 و به ویژه 1386 با خشکسالی شدیدی مواجه بوده است.

احتمال وقوع و دوره برگشت شدت‌های خشکسالی برای داده‌های بارش سالیانه (سال آبی) خوانسار با استفاده از بهترین توزیع آماری برازش شده (توزیع مقدار حدی Extreme Value) محاسبه گردیده است. بر این اساس، احتمال وقوع سال‌های با شرایط نرمال و نزدیک به نرمال اقلیمی 5/67 درصد است و هر 1/11 سال یک بار شرایط خشک متوسط و هر 3/9 سال یک بار شرایط مرطوب متوسط در شهرستان خوانسار پیش‌بینی می‌شود. همچنین، احتمال بروز سال‌های بسیار خشک و شدیداً خشک و سال‌های بسیار مرطوب و شدیداً مرطوب به ترتیب 5/8 و 1/4 درصد است.

همبستگی آماری شاخص استاندارد با بارش و آبدهی چشمه‌های سرچشمه در سه بازه زمانی آماری مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، همبستگی شاخص استاندارد بارش 12 ماهه با آبدهی کل سال آبی، همبستگی شاخص استاندارد بارش 6 ماهه اول سال آبی با آبدهی کل سال آبی و همبستگی شاخص استاندارد بارش 6 ماهه اول سال آبی با آبدهی 6 ماهه دوم سال آبی (بهار و تابستان) بررسی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که در یک سال با شرایط اقلیمی نرمال، میانگین آبدهی سالانه چشمه‌های سرچشمه بین 8/12 تا 3/24 با میانگین 1/18 میلیون­مترمکعب خواهد بود. احتمال رخ دادن سال‌های با شرایط اقلیمی نرمال و نزدیک به نرمال 5/67 درصد و دوره بازگشت این سال‌ها در هر 5/1 سال می‌باشد. به عبارت دیگر انتظار می‌رود که هر یک و نیم سال یک بار شرایط اقلیمی نرمال و نزدیک به نرمال در شهرستان خوانسار تجربه شود. میانگین بارش کل سالانه در یک سال نرمال در ایستگاه خوانسار بین 295 تا 494 با میانگین 394 میلیمتر خواهد بود. میانگین بارش در چنین سالی در نیمه اول سال آبی بین 191 تا 372 میلیمتر (میانگین 281 میلیمتر) پیش‌بینی می‌شود. شاخص SPI برای یک سال با شرایط اقلیمی نرمال بین 1- تا 1 در نظر گرفته شده است. در سالی با شرایط اقلیمی خشک متوسط، میانگین بارش سالانه در ایستگاه خوانسار بین 245 تا 295 با میانگین 270 میلیمتر می‌باشد. همچنین در شرایط یک سال با شرایط اقلیمی خشک متوسط، میانگین آبدهی سالانه چشمه‌های سرچشمه بین 0/11 تا 8/12 با میانگین 9/11 میلیون­مترمکعب پیش‌بینی می‌شود. در چنین سالی انتظار می‌رود که میانگین بارش در نیمه اول سال آبی بین 145 تا 191 میلیمتر با میانگین 168 میلیمتر باشد. در سال‌های بسیار خشک با احتمال وقوع حدودا 30 سال یکبار، آبدهی واقعی چشمه‌های سرچشمه به کمتر از 9 میلیون­مترمکعب در سال خواهد رسید.

نتایج ارائه شده در این تحقیق نشان می‌دهد که مقادیر آبدهی چشمه‌های سرچشمه ارتباط مستقیم و معنی‌داری با میزان بارش در طول دوره‌های مختلف دارد. همچنین ارتباط معنی‌دار و خوبی بین آبدهی چشمه‌ها در نیمه دوم سال آبی با میزان بارش در نیمه اول سال آبی وجود داشته و لذا می‌توان از آن به عنوان ابزاری برای پیش‌بینی آبدهی (متوسط 6 ماهه اول، 6 ماه دوم و سالیانه) چشمه‌های مجموعه سرچشمه بر اساس مقدار بارش ثبت شده در شش ماهه اول سال آبی (مجموع بارش پائیز و زمستان) استفاده نموده و بنابراین ضمن تائید فرضیات تحقیق می­توان از نتایج آن جهت تخصیص و برنامه‌ریزی آب به کشاورزان محدوده انهار شهرستان خوانسار قبل از شروع فصل کشت استفاده نمود.

 

5- تضاد منافع نویسندگان

نویسندگان این مقاله اعلام می‌دارند که هیچ تضاد منافعی در رابطه با نویسندگی و یا انتشار این مقاله ندارند.

 

6- مراجع

 

Abkhan Consulting Engineers (2013). Report on water resources balance of Golpayegan study area (4130), water resources balance update studies of the Namak Lake catchment. Iran Water Resources Management Company, basic studies of water resources, Ministry of Energy.

Barker, L.J., Hannaford, J., Chiverton, A., Svensson, C. (2016). From meteorological to hydrological drought using standarised indicators. Hydrology and Earth System Sciences 20, 2483–2505. https://doi.org/10.5194/hess-20-2483-2016

Bloomfield, J.P., Marchant, B.P. (2013). Analysis of groundwater drought building on the standardised precipitation index approach. Hydrology and Earth System Sciences17, 4769–4787. https://doi.org/10.5194/hess-17-4769-2013

Bouabdelli, S., Meddi, M., Zeroual, A., Alkama, R. (2020). Hydrological drought risk recurrence under climate change in the karst area of Northwestern Algeria. Journal of Water and Climate Change 11(S1), 164-188. https://doi.org/10.2166/wcc.2020.207

Haslinger, K., Koffler, D., Schoner, W., Laaha, G. (2014). Exploring the link between drought and streamflow: Effects of climate-catchment interaction. Water Recourses Research 50, 1-20. https://doi.org/10.1002/2013WR015051

Hughes, J.D., Petrne, K.C., Silberstein, R.P. (2012). Drought, groundwater storage and stream flow decline in southwestern Australia. Geophysical Research Letters 39, L03408. https://doi.org/10.1029/2011GL050797

Ljubenkov, I., Cindrić Kalin, K. (2016). Evaluation of drought using standardised precipitation and flow indices and their correlations on an example of Sinjsko polje. Građevinar 68(2), 135-143. https://doi.org/10.14256/JCE.1337.2015

McKee, T.B., Doeksen, N.J., Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration on time scales, 8th Conference of Applied Climatology, American Meteorological Society, Boston MA, 179-184.

Romano, E., Del Bon, A., Petrangeli, E., Preziosi, E. (2013). Generating synthetic time series of springs discharge in relation to standardized precipitation indices: Case study in Central Italy. Journal of Hydrology 507, 86-99. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.10.020

Russo, T.A., Lall, U. (2017). Depletion and Response of Deep Groundwater to Climate-Induced Pumping Variability. Nature Geoscience 10(2), 105–08. https://doi.org/10.1038/ngeo2883

Saada, N., Abu-Romman, A. (2017). Multi-site modelling and simulation of the standardized precipitation index (SPI) in Jordan. Journal of Hydrology: Regional Studies 14, 83–91. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2017.11.002

Stagge, J.H., Tallaksen, L.M., Gudmundsson, L., Van Loon, A.F., Stahl, K. (2015). Candidate distributions for climatological drought indices (SPI and SPEI). International Journal of Climatology 35, 4027–4040. https://doi.org/10.1002/joc.4267

Uddameri, V., Singaraju, S., Hernandez, E.A. (2019). Is standardized Precipitation Index (SPI) a useful indicator to forecast groundwater droughts? Insights from a Karst Aquifer. Journal of American Water Resources Association 55, 70–88. https://doi.org/10.1111/1752-1688.12698

 

 

219

[1] Standardized Precipitation Index


سکوی نشر دانش

سند یا سکوی نشر دانش ،سامانه ای جهت مدیریت حوزه علمی و پژوهشی نشریات دانشگاه آزاد می باشد

پیوندهای سایت

مراکز مرتبط

پشتیبانی

صفحات رسمی

حقوق این وب‌سایت متعلق به سامانه مدیریت نشریات دانشگاه آزاد اسلامی است.
حق نشر © 1403-1400

صفحه اصلی| عضویت/ ورود| درباره سند| تماس با ما|
[English] [العربية] [en] [ar]