تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

پایش و تحلیل تطبیقی نقش خشکسالیهای هواشناسی بر تغییرات سطح ایستابی چاه‌های پیزومتری دشت مرند

نویسندگان
برومند صلاحی 1
مجید رضایی بنفشه درق 2
عبدالرضا واعظی 2
مجتبی فریدپور 1
1 دانشگاه محقق اردبیلی
2 دانشگاه تبریز
چکیده
در این پژوهش، دوره‌های متوالی خشکسالی هواشناسی و ژئوهیدرولوژیکی با استفاده از شاخص خشکسالی SPI و SWI در 6 بازه زمانی (6، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه) در دشت مرند واقع در استان آذربایجان شرقی، بررسی شد. برای این منظور، از داده­های هواشناسی (متوسط بارش ماهانه) 7 ایستگاه باران سنجی در دوره آماری (91-1359) و داده­های ماهانه سطح آب 23 چاه پیزومتری در دوره آماری (90-1380) استفاده شد. نقشه­های مربوطه با استفاده از نرم­افزار Arc Gis و با روش کریجینگ تهیه و ترسیم شدند که پهنه‌های درگیر خشکسالی در منطقه را نمایان ساخت. همچنین شدیدترین خشکسالی و فراوانی نسبی خشکسالی­های هواشناسی و آب زیرزمینی در طول دوره آماری به دست آمد. نتایج بررسی مقادیر SPI نشان داد که خشکسالی هواشناسی از نظر مکانی دارای روند مشخصی نمی­باشد در حالی که خشکسالی­ آب‌های زیرزمینی به طور تصادفی در منطقه رخ نداده و تمرکز آن­ در غرب آبخوان بیش از شرق آن بوده است. جهت بررسی اثرات خشکسالی بر افت سطح ایستابی، بهترین همبستگی بین آن‌ها، 720/0- با تأخیر زمانی 5 ماهه به دست آمد که در سطح 1 درصد معنی‌دار بوده و تأثیرپذیری منابع آب زیرزمینی را با یک تأخیر 5 ماهه نمایان می­سازد. همچنین نتایج بررسی داده­های ماهانه سطح آب دشت مرند در دوره آماری (90-1380) نشان داد که تراز آب زیرزمینی دشت دارای روند منفی بوده که با افت حدود 2 متر مواجه بوده است.
کلیدواژه‌ها
کلیدواژه‌ها: خشکسالی هواشناسی
خشکسالی هیدرولوژیکی
شاخص SPI
شاخص SWI
دشت مرند

عنوان مقاله English

Monitoring and comparative analysis of meteorological drought on the groundwater level changes Marand plain

نویسندگان English

Bromand Salahi 1
Majid Rezaei Banafsheh Daragh 2
Abdolreza Vaezi 2
Mojtaba Faridpour 1
1 University of Mohaghegh Ardabili
2 University of of Tabriz
چکیده English

Drought is a natural occurrence that occurs repeatedly or alternately and is likely to occur in almost every kind of climatic event. Also, the distinction between this phenomenon and other natural disasters is that unlike other disasters, this phenomenon gradually over a relatively long period of time to act and its effects may be delayed after a few years and more than any other natural disaster appears. Several indicators have been presented to decide the characteristics of hydrological and meteorological drought. These indicators are generally based on one or more climatic elements. The SPI and SWI indicators are similar in terms of ease in calculations and results, and use monthly precipitation data and monthly spatial data rates. The simultaneous effect of meteorological droughts on groundwater levels rarely happens. Therefore, the present study investigates the effect of meteorological droughts on the groundwater level of Marand plain and calculates the time delay of drought on groundwater level.

The study area in this study is Marand Plain in East Azarbaijan Province. In this research, we used meteorological data (average monthly rainfall) of 7 rain gauge stations during the statistical period (1980-2012), and the monthly water level data of 23 piezometric wells during the statistical period (2001-2011). The correlation between stations and piezometric wells and linear regression method was used to reconstruct the statistical defects, then SPI and SWI indices were used to study the rainfall and groundwater changes process and the analysis of drought conditions in the meteorological and underground watersheds. The SPI index is basically calculated for periods of 3, 6, 9, 12, 18, 24, and 48 months. Also, the standardized water level indicator (SWI) has been used as a criterion for assessing occur drought and wet years in the Marand plain. The purpose of the SWI index is to allow zoning of groundwater level fluctuations at the study area. Extraction of drought and wet year intensities in different scales and basin zonation for drought maps in Marand plain was first calculated by entering the monthly values in DIP software, SPI values for 12-month time series. SWI values were calculated from monthly data of piezometric stationary level surfaces, such as SPI values, with the help of DIP, Minitab and Excel software. Geostatistical Analyst was also used to decide the weather drought and groundwater drought periods for the ArcGIS software.





The results of the SPI values showed that meteorological drought is not of a definite local place, while groundwater droughts have not occurred randomly in the area and its concentration in the west of the aquifer is more than the east. Considering the increase in the area under cultivation, to compensate for the water needs of agricultural lands, an increase in the harvesting of underground water table has occurred in order to compensate for the need for water, indicating a tangible relationship between the rainfall and the level fluctuation in the Marand plain. Therefore, considering the increase in the area under cultivation during the years of drought in the region, the best correlation between them was -0.720 with a delay of 5 months, in order to investigate the effects of drought on the surface of the station, which was significant at 1% level It illustrates the impact of groundwater resources with a 5-month delay. Also, the results of the survey of monthly data of Marand plain surface during the statistical period (2001-2011) showed that the groundwater level of the plain had a negative trend that fell by about 2 meters.

The SPI and SWI indices make it possible to calculate the start and end times of meteorological and groundwater droughts in a steady period of information computed by these indicators, as well as the severity, duration and frequency of droughts. Drought zoning maps using SPI and SWI values in the Arc Gis environment showed that meteorological droughts, due to the characteristics of droughts, do not have a definite spatial location, while droughts Underground water does not occur accidentally in the area and their concentration has been created at specific points in the aquifer, which have tropical and human stresses (in terms of excessive and permissible withdrawal). Although the weather factor has had the greatest impact on the level of stagnation in the Marand Plain in recent years, this crisis is the result of a set of factors, including free radicals, which is itself due to meteorological droughts; therefore, due to the trend of change The level of the stand is consistent with drought changes, it can be concluded that the drop in the surface of the Marand Plain is mainly affected by drought. According to the results of this study, it seems that continuous monitoring of drought situation and strong monitoring of harvesting, especially in severe and prolonged droughts, is very necessary to prevent a significant drop in groundwater level in the Marand plain

کلیدواژه‌ها English

Meteorological drought
Hydrogeological drought
SPI Index
SWI index
Marand plain
احمدی آخورمه، مریم؛ احمد نوحه‌گر، مهدی سلیمانی مطلق و مجید طایی‌سمیرمی. 1394. بررسی خشکسالی آب زیرزمینی با استفاده از شاخص‌های SWI و GRI در آبخوان محدوده مطالعاتی مرودشت خرامه استان فارس. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال ششم، 21: 105-117.
ایمانی، مهناز و علی طالبی اسفندارانی. 1390. بررسی آثار خشکسالی بر تغییرات سطح سفره آب زیرزمینی دشت بهاباد یزد با استفاده از شاخص‌های GRI, SPI، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
بختیاری عنایت، بهرام؛ آرش ملکیان و علی سلاجقه. 1394. آنالیز همبستگی پایه زمانی و تأخیر زمانی بین خشکسالی اقلیمی و خشکسالی آب‌شناختی دشت هشتگرد. تحقیقات آب و خاک ایران، شماره 4، 46: 609-616.
پورمحمدی، سمانه؛ محمدتقی دستورانی، هادی جعفری، علیرضا مساح بوانی، مسعود گودرزی، فاطمه باقری و محمدحسین رحیمیان. 1396. بررسی اثرات خشکسالی هواشناسی و هیدروژئولوژیکی بر بیلان آب زیرزمینی دشت تویسرکان. مهندسی و مدیریت آبخیز،9: 57-46.
رضیئی، طیب؛ پیمان دانش کارآراسته، روح‌انگیز اختری و بهرام ثقفیان. 1386. بررسی خشکسالی‌های هواشناسی در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از نمایه SPI و مدل زنجیره مارکف. تحقیقات منابع آب ایران، 35: 25-3.
زینالی، بتول؛ مجتبی فریدپور و صیاد اصغری سراسکانرود. 1396. بررسی تأثیر خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی بر ویژگی‌های کمی و کیفی آب‌های زیرزمینی (مطالعه موردی دشت مرند). مدیریت حوزه آبخیز، 14: 177-187.
ساری، الهه.1390. پایش خشکسالی هواشناسی به روش SPI و تأثیر آن بر کشت گندم دیم در استان آذربایجان شرقی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم انسانی و اجتماعی. دانشگاه تبریز.
قلی‌زاده، محمدحسین.1383. پیش‌بینی و پیش‌آگاهی خشکسالی در غرب ایران. پایان‌نامه دکتری اقلیم‌شناسی. دانشگاه تربیت‌ معلم تهران. تهران.
کریمی، مهشید؛ کاکا شاهدی و خه‌بات خسروی. 1395. بررسی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با استفاده از شاخص‌های خشکسالی در حوضه آبخیز قره‌سو. فیزیک زمین و فضا، (1)42: 170-159.
محمدی قلعه‌نی، مهدی؛ کیومرث ابراهیمی و شهاب عراقی نژاد. 1391. ارزیابی تأثیر عوامل آب و هوایی بر افت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: آبخوان دشت ساوه). مجله دانش آب و خاک، 21(2): 93-108.
محمدی، حسین مراد؛ علی‌اکبر شمسی‌پور. 1382. تأثیر خشکسالی‌های اخیر در افت منابع آب‌های زیرزمینی دشت‌های شمال همدان. فصلنامه پژوهش‌های جغرافیایی، 45: 130-115.
ملکی نژاد، حسین؛ مهدی سلیمانی مطلق. 1390. بررسی شدت خشکسالی‌های هواشناسی و هیدرولوژیک در حوضه چغلوندی. مجله پژوهش آب ایران، (9)5: 72-61.
محمدی، محسن؛ حمیدرضا مرادی و مهدی وفاخواه.1391. توزیع مکانی و ارتباط بین خشکسالی‌های هواشناسی و آب‌های زیرزمینی در دشت اراک. فصلنامه جغرافیایی طبیعی، (5)15: 84-77.
محمد نیا قرایی؛ سهراب، ناصر جاودانی خلیفه، سهیلا جوانمرد، لیلی خزانه‌داری و محمود خسروی.1379. بررسی شاخص ارزیابی و امکان‌سنجی کاربرد شاخص شدت خشکسالی پالمر در ایران. مجموعه مقالات کنفرانس خشکسالی کرمان.
Bhuiyan, C.; R. P. Singh, and F.N. Kkogan.2006. Monitoring Drought Dynamics in the Aravalli Region (India) using Different Indices based on Ground and Remote Sensing data. International.Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Vol. 8: 289-302. DOI 10.1016/j.jag.2006.03.002.
Bogdan, B.; K. Kubiak-Wójcicka. 2017. Impact of meteorological drought on hydrological drought in Toruń (central Poland) in the period of 1971–2015. Journal of Water and Land Development. No. 32 p. 3-12. DOI: 10.1515/jwld-2017-0001.
Ekrami, M., H. Malekinezhad., and M. R. Ekhtesasi. 2013. Evaluation of Meteorological drought and Hydrological Drought Impacts on Ground Water Resource. Iran-Watershed Management Science & Engineering. 7 (20).
Ezzine, H.; A. Bouziane, and D. Quasar. 2014. Seasonal comparisons of meteorological and agricultural drought indexes in Morocco using open short time series data. Journal of Applied Earth Observation and Geo-Information. 26, 36-48. DOI.org/10.1016/j.jag.2013.05.005
Khan, S.; H. F. Gabriel and T. Rana. 2008. Standard precipitation index to track drought and assess impact of rainfall on water tables in irrigation areas. Irrigation Drainage System. 22: 159-177.
Kogan, F. N. 2000. Contribution of remote sensing to drought early warning in early warning systems for drought preparedness and drought management, ed. D.A. Wilhite and D.A. Wood. 75–87. Geneva: World Meteorological Organization.
Mckee B.T.; N. J. Doesken, and J. Kleist.1993. The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim CA. American Meteorological Society, 17-22 January 1993: 179-184.
Peters, E.; P. J. J. F. Torfs, H. A. J, Van Lanen, and G. Bier. 2003. Propagation of drought through groundwater-a new approach using linear reservoir theory. Hydro Processes 17: pp. 3023–3040.
Rossi. G. 2000. Drought mitigation measures: a comprehensive framework. In: Voght JV, Somma F (Eds) Drought and drought mitigation in Europe. Kluwer, Dordrecht.
Sahoo. R. N.; Dipanwita Dutta, M. Khanna, N. Kumar, S. K. Bandyopadhyay. 2015. Drought assessment in the Dhar and Mewat Districts of India using meteorological, hydrological and remote-sensing derived indices. Natural Hazards. vol. 77, issue 2, 733-751. DOI 10.1007/s11069-015-1623-z.
WMO (World Meteorological Organization). 2006. Drought Monitoring and Early Warning: Concepts, Progress and Future Challenges. WMO Publication–No. 1006. WMO, Geneva, Switzerland.
احمدی آخورمه، مریم؛ احمد نوحه‌گر، مهدی سلیمانی مطلق و مجید طایی‌سمیرمی. 1394. بررسی خشکسالی آب زیرزمینی با استفاده از شاخص‌های SWI و GRI در آبخوان محدوده مطالعاتی مرودشت خرامه استان فارس. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال ششم، 21: 105-117.
ایمانی، مهناز و علی طالبی اسفندارانی. 1390. بررسی آثار خشکسالی بر تغییرات سطح سفره آب زیرزمینی دشت بهاباد یزد با استفاده از شاخص‌های GRI, SPI، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
بختیاری عنایت، بهرام؛ آرش ملکیان و علی سلاجقه. 1394. آنالیز همبستگی پایه زمانی و تأخیر زمانی بین خشکسالی اقلیمی و خشکسالی آب‌شناختی دشت هشتگرد. تحقیقات آب و خاک ایران، شماره 4، 46: 609-616.
پورمحمدی، سمانه؛ محمدتقی دستورانی، هادی جعفری، علیرضا مساح بوانی، مسعود گودرزی، فاطمه باقری و محمدحسین رحیمیان. 1396. بررسی اثرات خشکسالی هواشناسی و هیدروژئولوژیکی بر بیلان آب زیرزمینی دشت تویسرکان. مهندسی و مدیریت آبخیز،9: 57-46.
رضیئی، طیب؛ پیمان دانش کارآراسته، روح‌انگیز اختری و بهرام ثقفیان. 1386. بررسی خشکسالی‌های هواشناسی در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از نمایه SPI و مدل زنجیره مارکف. تحقیقات منابع آب ایران، 35: 25-3.
زینالی، بتول؛ مجتبی فریدپور و صیاد اصغری سراسکانرود. 1396. بررسی تأثیر خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی بر ویژگی‌های کمی و کیفی آب‌های زیرزمینی (مطالعه موردی دشت مرند). مدیریت حوزه آبخیز، 14: 177-187.
ساری، الهه.1390. پایش خشکسالی هواشناسی به روش SPI و تأثیر آن بر کشت گندم دیم در استان آذربایجان شرقی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم انسانی و اجتماعی. دانشگاه تبریز.
قلی‌زاده، محمدحسین.1383. پیش‌بینی و پیش‌آگاهی خشکسالی در غرب ایران. پایان‌نامه دکتری اقلیم‌شناسی. دانشگاه تربیت‌ معلم تهران. تهران.
کریمی، مهشید؛ کاکا شاهدی و خه‌بات خسروی. 1395. بررسی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با استفاده از شاخص‌های خشکسالی در حوضه آبخیز قره‌سو. فیزیک زمین و فضا، (1)42: 170-159.
محمدی قلعه‌نی، مهدی؛ کیومرث ابراهیمی و شهاب عراقی نژاد. 1391. ارزیابی تأثیر عوامل آب و هوایی بر افت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: آبخوان دشت ساوه). مجله دانش آب و خاک، 21(2): 93-108.
محمدی، حسین مراد؛ علی‌اکبر شمسی‌پور. 1382. تأثیر خشکسالی‌های اخیر در افت منابع آب‌های زیرزمینی دشت‌های شمال همدان. فصلنامه پژوهش‌های جغرافیایی، 45: 130-115.
ملکی نژاد، حسین؛ مهدی سلیمانی مطلق. 1390. بررسی شدت خشکسالی‌های هواشناسی و هیدرولوژیک در حوضه چغلوندی. مجله پژوهش آب ایران، (9)5: 72-61.
محمدی، محسن؛ حمیدرضا مرادی و مهدی وفاخواه.1391. توزیع مکانی و ارتباط بین خشکسالی‌های هواشناسی و آب‌های زیرزمینی در دشت اراک. فصلنامه جغرافیایی طبیعی، (5)15: 84-77.
محمد نیا قرایی؛ سهراب، ناصر جاودانی خلیفه، سهیلا جوانمرد، لیلی خزانه‌داری و محمود خسروی.1379. بررسی شاخص ارزیابی و امکان‌سنجی کاربرد شاخص شدت خشکسالی پالمر در ایران. مجموعه مقالات کنفرانس خشکسالی کرمان.
Bhuiyan, C.; R. P. Singh, and F.N. Kkogan.2006. Monitoring Drought Dynamics in the Aravalli Region (India) using Different Indices based on Ground and Remote Sensing data. International.Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Vol. 8: 289-302. DOI 10.1016/j.jag.2006.03.002.
Bogdan, B.; K. Kubiak-Wójcicka. 2017. Impact of meteorological drought on hydrological drought in Toruń (central Poland) in the period of 1971–2015. Journal of Water and Land Development. No. 32 p. 3-12. DOI: 10.1515/jwld-2017-0001.
Ekrami, M., H. Malekinezhad., and M. R. Ekhtesasi. 2013. Evaluation of Meteorological drought and Hydrological Drought Impacts on Ground Water Resource. Iran-Watershed Management Science & Engineering. 7 (20).
Ezzine, H.; A. Bouziane, and D. Quasar. 2014. Seasonal comparisons of meteorological and agricultural drought indexes in Morocco using open short time series data. Journal of Applied Earth Observation and Geo-Information. 26, 36-48. DOI.org/10.1016/j.jag.2013.05.005
Khan, S.; H. F. Gabriel and T. Rana. 2008. Standard precipitation index to track drought and assess impact of rainfall on water tables in irrigation areas. Irrigation Drainage System. 22: 159-177.
Kogan, F. N. 2000. Contribution of remote sensing to drought early warning in early warning systems for drought preparedness and drought management, ed. D.A. Wilhite and D.A. Wood. 75–87. Geneva: World Meteorological Organization.
Mckee B.T.; N. J. Doesken, and J. Kleist.1993. The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim CA. American Meteorological Society, 17-22 January 1993: 179-184.
Peters, E.; P. J. J. F. Torfs, H. A. J, Van Lanen, and G. Bier. 2003. Propagation of drought through groundwater-a new approach using linear reservoir theory. Hydro Processes 17: pp. 3023–3040.
Rossi. G. 2000. Drought mitigation measures: a comprehensive framework. In: Voght JV, Somma F (Eds) Drought and drought mitigation in Europe. Kluwer, Dordrecht.
Sahoo. R. N.; Dipanwita Dutta, M. Khanna, N. Kumar, S. K. Bandyopadhyay. 2015. Drought assessment in the Dhar and Mewat Districts of India using meteorological, hydrological and remote-sensing derived indices. Natural Hazards. vol. 77, issue 2, 733-751. DOI 10.1007/s11069-015-1623-z.
WMO (World Meteorological Organization). 2006. Drought Monitoring and Early Warning: Concepts, Progress and Future Challenges. WMO Publication–No. 1006. WMO, Geneva, Switzerland.