پیش‌بینی خشکسالی جریان رودخانه با استفاده از شاخص SPI و زنجیره مارکف در حوزه آبریز کرخه

Abstract

سابقه و هدف:<br /> خشکسالی یکی از پیچیده‌ترین بلایای طبیعی در جهان است و زمانی رخ می‌دهد که آب قابل دسترس یک سامانه برای تامین نیازهای حداقل یکی از بخش‌های زیستی، اقتصادی و اجتماعی طی یک دوره زمانی قابل ملاحظه کافی نباشد. گرچه به‌طور کلی تعریفی جهانی از خشکسالی وجود ندارد، می‌توان خشکسالی را به انواع مختلفی تقسیم‌بندی نمود: خشکسالی هواشناسی، کشاورزی، هیدرولوژیکی و اقتصادی-اجتماعی. خشکسالی هیدرولوژیکی که در این مقاله به آن پرداخته می‌شود، در فاز زمینی چرخه هیدرولوژیکی به صورت کاهشی مشخص در میزان آب قابل دسترس در همه اشکال آن مانند جریان رودخانه، سطح آب مخازن و دریاچه‌ها و سطح آب زیرزمینی تعریف می‌شود. از جمله اثرات خشکسالی هیدرولوژیکی می‌توان به کاهش یا زوال ذخایر آبی، بدتر شدن کیفیت آب، عدم کفایت آب مورد نیاز برای آبیاری و در نتیجه افت محصول، کاهش قدرت تولید، برهم خوردن تعادل زیستگاه‌های ساحلی و تاثیر بر فعالیت‌های اقتصادی – اجتماعی اشاره کرد. هدف از این مقاله ارزیابی خشکسالی هیدرولوژیکی در حوزه‌ی آبریز کرخه با استفاده از شاخص SDI و پیش‌بینی این نوع خشکسالی با استفاده زنجیره مارکف ناایستا می‌باشد. <br />مواد و روش‌ها: <br />در این مطالعه، به منظور تعیین وضعیت خشکسالی هیدرولوژیکی، از شاخص خشکسالی جریان رودخانه ( SDI) که براساس حجم تجمعی جریان رودخانه است، برای دوره‌های مرجع 3، 6، 9 و 12 ماهه در 4 ایستگاه هیدرومتری واقع در حوزه‌ی آبریز کرخه (آفرینه، پلچهر، قورباغستان و پلزال) طی سالهای 1387-1354 (دوره آماری 33 ساله) استفاده شد. چهار دوره مرجع منتخب در هر سال هیدرولوژیکی که دارای همپوشانی هستند، عبارتند از: مهر-آذر، مهر-اسفند، مهر-خرداد، مهر-شهریور (یک سال کامل هیدرولوژیکی). پس از تعیین وضعیت‌های خشکسالی برای هر سری زمانی و دوره مرجع، با فرض این‌که فرآیند اصلی دارای ساختار زنجیره مارکف ناایستا است، احتمال انتقال وضعیت برای همه ایستگاه‌ها و در همه دوره‌های مرجع محاسبه شد.<br />یافته‌ها: <br />در حالی که همبستگی بین دو شاخص SDI و SPI ضعیف بود، نتایج همبستگی و ارتباط بین مقادیر SDI در دوره‌های مرجع مختلف نشان داد که با اطمینان بسیار بالایی می‌توان در پیش‌بینی وضعیت خشکسالی هیدرولوژیکی کل سال از شاخص SDI شش ماهه (مهر-اسفند) استفاده نمود. از دیگر نتایج این مطالعه می‌توان به استفاده از داده های بارش به جای داده های جریان رودخانه به منظور پیش‌بینی خشکسالی هیدرولوژیکی در ایستگاه‌هایی که همبستگی بالایی بین شاخص SDI و SDI وجود دارد، اشاره کرد. <br />نتیجه‌گیری: <br />از ویژگی‌های عمده روش مورد استفاده در این مقاله می‌توان به استفاده از شاخصی ساده به نام شاخص خشکسالی جریان رودخانه (SDI)، که شدت خشکسالی هیدرولوژیکی را با استفاده از متوسط دبی جریان رودخانه برای دوره‌های دارای همپوشانی 3، 6، 9 و 12 ماهه (دوره‌های مرجع) در هرسال هیدرولوژیکی توصیف می‌کند، در نظر گرفتن 5 طبقه (وضعیت) خشکسالی، تولید ماتریس احتمال انتقال وضعیت برای دو دوره مرجع منتخب با فرض تبعیت فرآیند اصلی از زنجیره مارکف، امکان پیش‌بینی شدت خشکسالی دوره مرجع تجمعی بلندمدت‌تر با استفاده از شدت خشکسالی دوره‌های مرجع قبلی و استفاده از داده‌های بارش به‌جای داده‌های جریان رودخانه به‌منظور پیش‌بینی خشکسالی هیدرولوژیکی در ایستگاه‌هایی که همبستگی بالایی بین شاخص SDI و SPI وجود دارد، اشاره کرد. <br />کلمات کلیدی: خشکسالی هیدرولوژیکی، شاخص SDI، زنجیره مارکف، پیش‌بینی خشکسالی، حوزه کرخه