علوم آب و خاک

---

«خشک‌سالی» هنگامی اتفاق می‌افتد که کمبودی در مقدار بارندگی، رواناب و رطوبت خاک و افزایشی در میزان دمای هوا و یا کاهشی در سطح ایستایی در منطقه، نسبت به شرایط میانگین دیده شود. خشک‌سالی پدیده‌ای است که هر از چند سال می‌توان آن را با شدت‌های متفاوت در یک منطقه انتظار داشت. بنابراین با «خشکی» که از ویژگی‌های دایمی آب و هوایی هر منطقه است فرق می‌کند. در این پژوهش، با استفاده از روش هربست و همکاران، که بعداً توسط موهان و رانگاچاریا اصلاح شد، آمار بارندگی ماهیانه 21 ساله 51 ایستگاه هواشناسی مربوط به سازمان آب، در سطح استان فارس بررسی و نقشه‌های هم‌مدت و هم‌شدت خشک‌سالی برای کل استان فارس تهیه گردید. بر این پایه، مناطق شمال شرقی، جنوب شرقی، جنوب و جنوب غرب استان، که در مجاورت استان‌های خشک اصفهان، کرمان، هرمزگان و بوشهر واقعند، مناطق مستعد خشک‌سالی شناخته می‌شوند.

---

در این پژوهش میزان تأثیر دمای سطح آب دریای خزر(SST) بر بارش فصلی نواحی شمالی و جنوب غربی ایران مورد ارزیابی قرار گرفت. دوره‌های گرم، سرد و پایه(شرایط معمولی دمای سطح آب دریا) تعریف و میانه بارش در هر دوره(به ترتیب R_w ،R_c ،R_b ) محاسبه و از مقادیر نسبت‌های R_w/R_b, R_c/R_b, R_c/R_w، و به منظور ارزیابی میزان تأثیر این شرایط بر بارش استفاده شد. روشن گردید که سردی بیش از معمول سطح دریای خزر در زمستان منجر به افزایش بارش زمستانه در ناحیه غربی و مرکزی این دریا، مناطق مرکزی و جنوبی استان فارس و تمام ایستگاه‌های استان خوزستان می‌شود. نتایج نشان داد، وقوع شرایط گرم در دمای دریای خزر عموماً موجب 20 درصد کاهش در بارش فصل زمستان در سواحل دریای خزر و نواحی شمالی استان‌های فارس و خوزستان شده است. در فاز گرمSST زمستانه، تمام ایستگاه‌های مورد بررسی در نواحی ساحلی دریای خزر با افزایش بارش بهاره همراه می‌باشند. بیشترین تأثیر در بندر انزلی و آستارا دیده شد، به نحوی که وقوع فاز گرم دمای دریا موجب 80% افزایش در بارش این دو ایستگاه و در مقابل وقوع شرایط سردSST زمستانه منجر به کاهش بارش بهاره در ناحیه غربی دریای خزر شده است. هم‌چنین مبانی فیزیکی مربوط به تأثیر دمای سطح آب دریای خزر بر بارش نواحی جنوب ایران تشریح گردید. نتایج نشان داد که نوسان‌های دمای سطح آب دریای خزر بیانگر پایداری زمانی و مکانی سامانه پرفشار سیبری بوده و بنابراین می‌تواند در پیش‌گویی وضعیت بارش ایران مورد استفاده قرار گیرد.

---

حوزه‌ آبریز دریاچه ارومیه از نقطه نظر منابع آب و محیط زیست یکی از مناطق مهم کشور به حساب می‌آید. در این حوزه بارندگی، نقش عمده‌ای ‌‌در منابع آب‌های سطحی و زیرزمینی دارد و بیشترین بارندگی به‌ترتیب در فصل بهار، زمستان و پاییز به وقوع می‌پیوندد. با توجه به این‌که این حوزه از نظر اقلیمی ‌‌نیمه خشک محسوب می‌‌شود، پیش‌بینی بارندگی برای برنامه‌ریزی منابع آب مخصوصاً دوره‌های خشک‌سالی و جلوگیری از خسارات ناشی از آن می‌تواند نقش اساسی داشته باشد. بررسی‌های موجود نشان می‌دهد که پدیده‌های ارتباط از دور (Teleconnections patterns) ‌‌بر میزان نزولات جوی نقش تعیین کننده‌ای دارند. در این مقاله تأثیر چند پدیده مهم اقلیمی بر بارندگی حوزه دریاچه‌ ارومیه مورد تحقیق قرار گرفته است تا با استفاده از روابط بین آنها، بارندگی در فصول مورد نظر پیش‌بینی گردد. از میان ایستگاه‌های بارندگی در حوزه، تعداد 18 ایستگاه که آمار بارندگی آنها بیش از 35 سال بود انتخاب و شاخص SPI تهیه گردید. از بین شاخص‌های اقلیمی، شش شاخص NOI (North Oscillation Index), NINO3.4, NAO (North Atlantic Oscillation), PNA (Pacific North America), PDO (Pacific Decadal Oscillation), SOI (Southern Oscillation Index) که به عنوان شاخص‌های تأثیر گذار در فواصل دور مطرح هستند، انتخاب شدند. با یک روش جدید و با استفاده از فاز مثبت و منفی شاخص‌ها، تأثیر پدیده‌های اقلیمی بر بارندگی دقیق‌تر بررسی شد. بدین صورت که فاز مثبت و یا منفی یکی از شاخص‌ها در یک فصل خاص در نظر گرفته شد و سپس ارتباط هم‌زمان آن و بقیه شاخص‌ها با بارش بررسی گردید. نتایج نشان داد هرگاه از ترکیب هم‌زمان دو شاخص استفاده ‌شود هم‌بستگی بیشتری بین بارندگی و شاخص‌ها حاصل می‌گردد. هم‌چنین، نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که بارندگی پاییزه بیشتر تحت تأثیر SOI و بارندگی زمستانه بیشتر تحت تأثیر شاخص NAO است. بنابراین بارندگی هر دو فصل با استفاده از شاخص‌های اقلیمی فصل قبل قابل پیش‌بینی است.

---

خشک‌سالی به عنوان بلای طبیعی و پدیده‌ای اجتناب‏ناپذیر، از دیرباز در پهنه وسیع کشورهای مختلف به خصوص کشورهای مستقر در مناطق گرم و خشک به کرات وقوع یافته و می‌یابد. مطالعات و بررسی‌های انجام شده نشانگر آن است که کشور ایران با توجه به وضعیت جغرافیایی و اقلیمی خود، در وضعیت مناسبی از لحاظ تأمین آب قرار ندارد. به نحوی که در سال 2025 ایران جهت حفظ وضع موجود، باید بتواند 112 درصد به منابع آب قابل استحصال خود بیافزاید. این امر، بیانگر احتمال وقوع خشک‌سالی‌های بیشتری در آینده نسبت به گذشته می‌باشد. به همین دلیل پرداختن به شیوه‌های مقابله کشاورزان در طول دوران خشک‌سالی از اهمیت به سزایی برخوردار می‌باشد. هدف از انجام این پژوهش تبیین سازه‌های اثرگذار بر مدیریت خشک‌سالی کشاورزان بوده است. داده‌های لازم برای انجام این پژوهش پیمایشی از طریق روش نمونه‌گیری طبقه‌بندی شده چند مرحله‌ای از میان کشاورزانی که در سال‌های اخیر خشک‌سالی را تجربه نموده بودند جمع‌آوری گردیده است. در این راستا به انجام مصاحبه حضوری و تکمیل 258 پرسش‌نامه اقدام شده است. روایی صوری پرسش‌نامه، توسط پنج نفر از متخصصین موضوعی مورد تأیید قرار گرفت و برای تعیین پایایی از مطالعه راهنما استفاده گردید. در واکاوی داده‌ها از تحلیل خوشه‌ای و مدل‌سازی معادلات ساختاری بهره‌گیری شد. یافته‌های پژوهش حاکی از آن است که کشاورزان با توجه به ویژگی‌های اجتماعی، اقتصادی و فنی خود، راه‌کارهای متفاوتی را برای مقابله با خشک‌سالی برمی‌گزینند. اما علی رغم تلاش‌های انجام شده، شدت پیامدهای خشک‌سالی به گونه‌ای است که در هر صورت آنان ناگزیر از تحمل خسارات اقتصادی و زیست محیطی گوناگون می‌باشند. از این رو توصیه می‌گردد، برنامه ریزان مسایل خشک‌سالی ضمن شناخت این شیوه‌های مدیریتی، تلاش نمایند تا روش‌های مدیریتی مذکور را بهینه‌تر و کارامدتر سازند.

---

متغیرهای آب و هوایی به‌ ویژه بارندگی در سال زراعی نقش اصلی را در پیش‌بینی عملکرد محصول ایفا می‌کنند. هدف از این تحقیق تخمین عملکرد محصول با استفاده از پارامترهای هواشناسی و شاخص‌های خشک‌سالی به روش کلاسیک بود. برای رسیدن به این هدف در ابتدا ده پارامتر هواشناسی و دوازده شاخص خشک‌سالی در ایستگاه‌های تبریز و میانه از نظر نرمال بودن و هم ‌راستایی سنجش شدند. سپس تحلیل هم‌بستگی یک و چندمتغیره بین عملکرد محصول جو با پارامترهای هواشناسی و شاخص‌های خشک‌سالی انجام گرفت. نتایج این بررسی نشان داد که از بین شاخص‌های مطالعه شده، شاخص‌های نگوین، ترانسو تغییر یافته، استاندارد شده بارش 24 ماهه و ناهنجاری بارش بیشترین اثر را بر عملکرد دارند. هم‌چنین مشخص شد که برای پیش‌بینی عملکرد محصول، مدل‌های چندمتغیره بسیار بهتر از مدل‌های یک متغیره می‌باشند. در نهایت روابط به‌دست آمده در این تحقیق براساس شاخص‌های آماریR و RMSE و MBEرتبه‌بندی شدند که رابطه چند متغیره بین پارامترهای متوسط سرعت باد، بارش، مجموع دمای بیش از 10 درجه، تعداد ساعات آفتابی، شاخص نگوین و عملکرد جو دیم در میانه با دوره آماری 17 سال بهترین مدل شناخته شد. در این رابطه پارامترهای سرعت متوسط باد و شاخص خشک‌سالی نگوین با داشتن ضرایب بزرگ‌تری نسبت به بقیه پارامترها بیشترین اثر را بر عملکرد دارا می‌باشند.

---

خشک‌سالی یک شکل طبیعی از اوضاع آب و هوایی است که تکرار آن در طول زمان امری اجتناب ناپذیر می باشد. هدف اصلی این تحقیق بررسی تأثیر نوع عوامل اقلیمی در پیش بینی خشک‌سالی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در مناطق مختلف استان یزد است. در اغلب ایستگاه های هواشناسی منطقه یزد (ایستگاه‌های باران‌سنجی) تنها داده‌های مربوط به عامل بارش موجود می باشد، در حالی که ایستگاه های همدیدی علاوه بر بارش سایر عوامل هواشناسی از جمله دمای بیشینه، دمای میانگین، رطوبت نسبی، سرعت میانگین باد، جهت باد و میزان تبخیررا نیز دارا هستند. در این تحقیق سعی گردید که نقش تعداد و نوع عوامل اقلیمی (به عنوان عوامل ورودی مدل) در دقت پیش‌بینی خشک‌سالی بر اساس شبکه‌های عصبی مصنوعی مورد ارزیابی قرار گیرد. منطقه مورد بررسی بخشی از استان یزد است که در بر گیرنده 13 ایستگاه کلیماتولوژی و 1 ایستگاه همدیدی است. جهت انجام این بررسی میانگین متحرک سه ساله بارش در تمام ایستگاه ها محاسبه شد و سپس با استفاده از مدل شبکه برگشتی با تأخیر زمانی(Time Lag Recurrent Network)، میانگین متحرک بارش یک سال آینده پیش‌بینی گردید، که خود عامل اصلی ارزیابی وضعیت خشک‌سالی در سال آتی است. علاوه بر آن در ایستگاه همدیدی یزد نیز شبیه‌سازی‌ها با ترکیبات مختلفی از ورودی ها انجام گرفت. بهترین ترکیب ورودی ترکیب " میانگین متحرک بارش - دمای بیشینه" بود که ضریب کارایی آن حدود 90/0 محاسبه شد. بررسی ها نشان داد علی‌رغم این که در 13 ایستگاه باران سنجی منطقه شبیه سازی‌ها تنها با یک ورودی (بارش) انجام گرفت، در برخی ایستگاه ها نتایج قابل قبولی به دست آمد که حتی ضریب کارایی محاسبه شده بر اساس نتایج حاصله بسیار نزدیک به ایستگاه یزد (با ورودی های مختلف) محاسبه گردید. (R2 از 48/0 در ایستگاه آقا خرانق تا 90/0 در ایستگاه گاریز متغیر بود.) البته میزان درستی پیش‌بینی ها هنگامی که فقط از یک عامل ورودی در مدل استفاده شده است از ایستگاهی به ایستگاه دیگر متفاوت بوده است. نتایج به دست آمده گویای انعطاف‌پذیری قابل ملاحظه مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی است که آنها را به ابزار مناسبی جهت مدلسازی در شرایطی که با فقر داده مواجه هستیم مبدل می سازد.

---

خشک‌سالی از جمله پرهزینه‌ترین حوادث هواشناسی می‌باشد و ایران در برابر اثرات اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی خشک‌سالی بسیار آسیب‌پذیر است. در این مطالعه مدل حداکثرسازی سود انتظاری و برنامه‌ریزی مطلوبیت کارا جهت تعیین الگوی کشت بهینه، سود ناخالص انتظاری و آب مصرفی با و بدون خشک‌سالی در سطح مزارع نماینده گروه‌های همگن به کار برده شد. این مطالعه بر اساس دو سری داده انجام شد. یک نمونه 180 بهره‌برداری برای مصاحبه و جمع‌آوری داده‌های لازم در سطح مزرعه در سال 1386 انتخاب گردید. مزارع نمونه با استفاده از روش نمونه‌گیری تصادفی طبقه‌بندی شده دو مرحله‌ای به دست آمد. نتایج نشان داد که بیشترین کاهش در سود انتظاری متوجه کشاورزانی است که از آب سطحی رودخانه و یا کانال استفاده می‌کنند. این گروه از کشاورزان کاهش شدیدی را در درآمد انتظاری (64%-53%) به عنوان پیامد خشک‌سالی، عمدتاً به دلیل این که دسترسی آنها به آب به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد، متحمل می‌شوند. کمترین میزان خسارت متوجه گروه همگن زارعینی است که از آب زیرزمینی یا منابع آب تلفیقی زیرزمینی و سطحی استفاده می‌کنند. کاهش در درآمد انتظاری این گروه به ترتیب 7 و 32 درصد سود انتظاری در سال نرمال است. در نهایت نتایج نشان داد که الگوی رهاسازی آب از دریچه سد درودزن در سال زراعی 80-1379 و 1385-1384 بر اساس قیمت‌های سایه‌ای محاسبه شده برای هر متر مکعب آب در دهه‌های مختلف سال، بهینه نبوده ‌است.

---

برای مدیریت خشک‌سالی در مناطق خشک که اتکای بیشتری به سدها و ذخیره‌سازی آب‌های سطحی دارند، استفاده از سیستم‌های هشدار سریع خشک‌سالی(DEWS) راهبردی مفید می‌باشد. در تحقیق حاضر تلاش شده است تا چنین سیستمی طراحی شود که از سه بخش اصلی شامل: 1) پایش خشک‌سالی 2) پیش‌بینی ورودی‌های رودخانه و مصرف آب و 3) محاسبه یک شاخص هشدار برای مدیریت خشک‌سالی تشکیل می‌شود. این سیستم برای سد زاینده رود ارائه شده است. بدین منظور، ابتدا جریان ورودی به سد و مصارف با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی در یک دوره 6 ماهه با در نظر گرفتن عدم قطیعت مربوط، در سطوح احتمالاتی مختلف پیش‌بینی گردید. هم‌چنین بر اساس اطلاعات تاریخی ذخیره آب مخزن و روش نگاشت خود سامان یافته (SOFM)، شدت خشک‌سالی در 5 دسته (بدون خشک‌سالی ، خشک‌سالی ضعیف، خشک‌سالی با شدت کم، خشک‌سالی شدید و خشک‌سالی خیلی شدید) تعیین شد. سپس یک شاخص هشدار خشک‌سالی (DAI) با توجه به شرایط جاری مخزن سد، ورودی‌ها و مصرف آتی آب محاسبه گردید. در نهایت بر اساس نتایج حاصل از شاخص محاسبه شده، سطوح مختلف هشدار از وضعیت نرمال تا شرایط کم آبی شدید مشخص شد. نتایج نشان داد که استفاده از سیستم هشدار سریع طراحی شده می‌تواند نقش مؤثری در مدیریت مخزن سد زاینده رود، تعیین سیاست‌های جیره-بندی و هم‌چنین کاهش خسارات خشک‌سالی داشته باشد.

---

در این تحقیق جهت بررسی خشک‌سالی در ایستگاه سینوپتیک یزد و 31 ایستگاه غیر سینوپتیک در سطح استان از 5 شاخص درصد از نرمال بارندگی(PNPI)، دهک‌های بارندگی (DPI)، ناهنجاری بارندگی(RAI)، بالم و مولی(BMDI) و بارش استاندارد شده(SPI) استفاده شد. بدین منظور پس از جمع‌آوری داده‌های بارش ایستگاه‌های مورد بررسی، نواقص آماری موجود از طریق روش هم‌بستگی بین ایستگاه‌ها بازسازی شد. سپس محاسبه شاخص‌های PNPI، DPI و RAI در مقیاس ماهانه و سالانه، شاخص BMDI در طی دوره ارزیابی 12 ماهه و شاخص SPI در مقیاس‌های زمانی 3، 6، 9 و 12 ماهه انجام گرفت و بر اساس مقادیر حاصل از محاسبه هر یک از شاخص‌های مورد نظر، طبق جداول مربوط به طبقات مختلف خشک‌سالی هر یک از شاخص‌ها اقدام به تعیین وضعیت خشک‌سالی هر یک از ایستگاه‌ها در مقیاس‌های مورد نظر در طول دوره آماری موجود شد و بر این اساس 5 شاخص مورد نظر با یکدیگر مقایسه شدند و جهت برآورد خشک‌سالی درصد تفاوت و تشابه هر کدام از شاخص‌ها با 4 شاخص دیگر مورد محاسبه و بررسی قرار گرفت. هم‌چنین پس از تعیین وضعیت خشک‌سالی هر کدام از ایستگاه‌های مورد مطالعه، درصد وضعیت‌های مختلف خشک‌سالی توسط هر کدام از شاخص‌های درصد از نرمال بارندگی(PNPI)، ناهنجاری بارندگی(RAI) و دهک‌های بارندگی (DPI) در مقیاس سالانه، شاخص بالم و مولی در طی دوره ارزیابی 12 ماهه(BMDI) و بارش استاندارد شده در مقیاس زمانی 12 ماهه(12(SPI در 33 ایستگاه تحت مطالعه تعیین شد. پس از طی مراحل مذکور مشخص شد، بیشترین درصد تشابه بین دو شاخص RAI و DPI وجود دارد، چنانکه هر دو شاخص در ایستگاه‌های مورد مطالعه وضعیت مشابه خشک‌سالی شدید را نشان دادند و از بین 5 شاخص مورد بررسی (نسبت به سه شاخص خشک‌سالی PNPI، SPI و(BMDI این دو شاخص بیشترین کارآیی را جهت پایش خشک‌سالی هواشناسی دارا هستند و هر دو شاخص جهت پایش خشک‌سالی استاتیک استفاده می‌شوند. ولی نظر به این‌که شاخص‌های استاتیک در مقیاس ماهانه و در ایستگاه‌های مناطق خشک جهت پایش خشک‌سالی با مشکل محاسبه مواجه می‌شوند توصیه می‌شود که از شاخص‌های دینامیک SPI و BMDI که درصد تشابه قابل قبولی نیز با یکدیگر دارند، استفاده شود. شاخص SPI با مقیاس‌های زمانی 6 و 12 ماهه ارجحیت دارد زیرا در این مقیاس‌ها با مشکل محاسبه مواجه نبوده و قادر است ارزیابی‌های ماهانه از خشک‌سالی را در اختیار قرار دهد

---

در این تحقیق به منظور بررسی وضعیت جریان‌های کم در حوضه آبخیز کرخه از پنج شاخص جریان کم رودخانه‌ای شامل 10،7Q، 20،7Q، 10،30Q، 3،4Q و95Q استفاده شد و آمار دبی روزانه 12 ایستگاه هیدرومتری این حوضه در طول دوره آماری سال‌های 46-1345 تا 81-1380 مورد استفاده قرار گرفت. همگنی داده‌های دبی از طریق آزمون توالی بررسی شد. مقادیر شاخص 95Q با ترسیم منحنی‌های تداوم جریان مشخص شد و چهار شاخص 10،7Q، 20،7Q، 10،30Q ، 3،4Q به کمک تحلیل فراوانی جریان‌های کم 4، 7 و 30 روزه محاسبه گردید. پس از محاسبه شاخص‌ها، دوره‌های جریان کم در ایستگاه‌های مختلف مشخص شد. ناحیه‌بندی شاخص‌ها نیز به کمک روش کریجینگ صورت گرفت. نتایج نشان داد که شاخص‌های 3،4Q و 95Q نسبت به بقیه شاخص‌های جریان کم مقادیر کمتری دارند و هرچه دوره بازگشت افزایش یابد، مقدار شاخص جریان کم کاهش می‌یابد. براساس نقشه‌های ناحیه‌بندی شاخص‌های جریان کم، بیشترین مقدار شاخص‌های جریان کم در نواحی مرکزی و جنوبی حوضه می‌باشد و هرچه به سمت شمال حوضه حرکت شود از مقدار این شاخص‌ها کاسته می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که سال‌های وقوع خشک‌سالی هیدرولوژیک در ایستگاه‌های مختلف حوضه آبخیز کرخه یکسان نیست، ولی در سال‌های 46-1345، 78-1377، 79-1378، 80-1379 و 81-1380 در بیشتر ایستگاه‌ها خشک‌سالی هیدرولوژیک اتفاق افتاده است، به طوری که در این سال‌ها به ترتیب در 67، 92، 84، 75 و 59 درصد ایستگاه‌ها خشک‌سالی هیدرولوژیک اتفاق افتاده است.

---

موقعیت جغرفیایی استان اصفهان به گونه‌ای است که همواره در معرض خشک‌سالی قرار دارد. یکی از راه‌های تعدیل خشک‌سالی، ارزیابی و پایش آن بر اساس شاخص‌هایی است که بتوان میزان شدت و تداوم آن را در یک منطقه تعیین نمود. در پژوهش حاضر به منظور تحلیل خشک‌سالی و روند آن در استان اصفهان به ترتیب از شاخص بارش استاندارد و آزمون ناپارامتریک من-کندال استفاده گردید. هم‌چنین برای پیش‌بینی خشک‌سالی هواشناسی در این استان، سری زمانی ماهانه پارامتر بارش در دوره آماری 2009-1970 به کار گرفته شد. به این منظور، رهیافت ارائه شده توسط باکس و جنکینز برای مدل‌سازی مد نظر قرار گرفت که شامل سه مرحله تشخیص مدل، تخمین پارامتر و در نهایت آزمون نکوئی برازش یا آزمون استقلال زمانی و نرمال باقیمانده‌هاست. نتایج بررسی‌ها نشان داد که اکثر نقاط استان اصفهان در سال 2000 با خشک‌سالی شدیدی روبه‌رو بوده و در سال 2008 چنین شرایطی بار دیگر در استان اتفاق افتاده است. هم‌چنین نتایج مدل‌سازی برای تمامی ایستگاه‌ها مدل‌های ضربی به دست آمد. به طوری که در ایستگاه‌های اصفهان، میمه و اردستان بیشترین هم‌بستگی بین داده‌های اصلی و پیش‌بینی شده را مدل (0,1,1) ARIMA (1,0,0) و در ایستگاه‌های نائین، فریدونشهر، خوانسار و نطنز بیشترین هم‌بستگی را مدل(0,1,1) ARIMA (0,0,1) ایجاد کرده‌اند و به عنوان بهترین مدل‌ها انتخاب شدند و سپس مقادیر بارش تا سال 2015 پیش‌بینی شد. روند داده‌های پیش‌بینی شده بارش در کل استان اصفهان نشان می‌دهد که در اکثر ماه‌ها روند معنی‌داری وجود ندارد.