پایان نامه تحلیل فراوانی منطقه ­ای حداکثر دوره خشکی با بهره گرفتن از گشتاورهای خطی

دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

دانشکده مهندسی آب و خاک

پایان­ نامه­ جهت اخذ درجه کارشناسی‌ارشد در رشته

 مهندسی منابع آب

 عنوان:

تحلیل  فراوانی منطقه ای حداکثر دوره خشکی با بهره گرفتن از گشتاورهای خطی

استاد راهنما:

دکتر مهدی ذاکری­نیا

اساتید مشاور:

دکتر حسین شریفان

دکتر مجید حیدری­زاده

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول- مقدمه

1-1- مقدمه……………………………………………………………. 2

1-2- معیارهای تعیین خشکی………………………………………. 2

1-3- علل خشکی…………………………………………………….. 3

1-4- علل خشکسالی………………………………………………… 3

1-5- تعاریف انواع خشکسالی……………………………………….. 4

1-5-1- خشکسالی هواشناسی……………………………………. 7

1-5-2- خشکسالی هیدرولوژیک…………………………………….. 8

1-5-3- خشکسالی کشاورزی………………………………………. 9

1-5-4- خشکسالی اقتصادی………………………………………. 10

1-5-5- خشکسالی ادافیک…………………………………………. 11

1-5-6- تقسیم­بندی یویویج………………………………………….. 11

1-5-6-1- خشکسالی دائمی……………………………………….. 11

1-5-6-2- خشکسالی فصلی……………………………………….. 11

1-5-6-3- خشکسالی غیرقابل پیش­بینی…………………………. 11

1-5-6-4- خشکسالی نامرئی………………………………………. 12

1-6- پیش­بینی(پیش آگاهی)……………………………………….. 12

1-7- اثرات خشکسالی……………………………………………… 15

1-7-1- اثرات کشاورزی………………………………………………. 16

1-7-2- اثرات زیست محیطی……………………………………….. 16

1-7-3- اثرات اقتصادی……………………………………………….. 17

1-7-4- اثرات اجتماعی………………………………………………. 18

1-8- اهداف تحقیق…………………………………………………… 18

1-9- فرضیه‌های تحقیق………………………………………………. 19

1-10- ساختار پایان نامه…………………………………………….. 19

فصل دوم- بررسی منابع

2-1- مقدمه…………………………………………………………….. 22

2-2- خشكسالی………………………………………………………. 23

2-3- روش تحلیل داده­ های بارندگی………………………………… 24

2-4- معیارهای تعیین خشکی………………………………………. 26

2-5- آزمون­های تعیین همگنی……………………………………….. 27

2-6- تحلیل فراوانی منطقه ­ای……………………………………….. 28

2-6-1- تعیین مناطق همگن اولیه با بهره گرفتن از نمودار گشتاور خطی…28

2-6-2- گشتاورهای وزنی احتمال (گشتاورهای خطی) ……………29

2-6-3- تعیین تابع توزیع منطقه­ای………………………………….. 29

فصل سوم- ­مواد و روش­ها

3-1- مقدمه……………………………………………………………. 32

3-2- منطقه مورد مطالعه……………………………………………. 32

3-3- آزمون‌های همگنی…………………………………………….. 33

3-3-1- آزمون توالی………………………………………………….. 33

3-3-2- آزمون من- ویتنی……………………………………………. 34

3-4- آزمون تصادفی بودن……………………………………………. 34

3-5- آزمون روند……………………………………………………….. 36

3-6- شاخص­های خشکسالی هواشناسی و دوره بدون بارندگی…37

3-7- تحلیل فراوانی نقطه­ای روزهای بدون بارندگی و تحلیل ریسک خشکسالی…37

3-8- تحلیل فراوانی منطقه­ای………………………………………. 39

3-8-1- تعیین مناطق همگن اولیه با بهره گرفتن از نمودار گشتاورهای خطی…39

3-8-2- گشتاورهای وزنی احتمال………………………………….. 40

3-8-3- تعیین همگنی و ایستگاه‌های پرت با بهره گرفتن از ضریب ناجوری و همگنی….41

3-8-4- تعیین تابع توزیع منطقه ­ای………………………………… 42

فصل چهارم- نتایج و بحث

4-1- تحلیل آمار کیفی………………………………………………. 44

4-2- تحلیل همگنی و روند………………………………………….. 51

4-3- آزمون استقلال………………………………………………….. 60

4-4- تحلیل فراوانی منطقه ­ای………………………………………. 61

4-4-1- بررسی همگنی گروه­های استخراجی از آنالیز خوشه­ بندی…64

4-4-2- انتخاب بهترین تابع توزیع منطقه­ ای…………………………67

4-4-3- تحلیل فراوانی نقطه ­ای……………………………………… 69

4-5- تحلیل مکانی ویژگی­های حداکثر روزهای بدون بارش…………..83

4-5-1- تحلیل مکانی گشتاورهای خطی حداکثر روزهای بدون بارش…..83

4-5-2- تحلیل مکانی حداکثر روزهای بدون بارش در دوره بازگشت‌های مختلف….85

فصل پنجم- نتیجه ­گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه ­گیری………………………………………………………. 92

5-2- پیشنهادات……………………………………………………….. 94

منابع……………………………………………………………………… 97

چکیده:

در این تحقیق، تحلیل خشکسالی بر اساس روز­های بدون بارندگی صورت می­گیرد. تعداد 67 ایستگاه سینوپتیک دارای طول دوره آماری مناسب، با پراکنش یکنواخت در سطح کشور، انتخاب شدند. حداقل دوره آماری بارندگی روزانه در این تحقیق 17 سال و مربوط به ایستگاه سمنان و حداکثر طول دوره آماری 56 سال و مربوط به ایستگاه تبریز (و تعدادی از ایستگاه­های دیگر) می‌باشد. پس از مرتب کردن بارندگی روزانه در محیط EXCEL، دوره­ های بدون بارش تعیین و تعداد روزهای بدون بارش در هر ایستگاه مشخص شد. در این مطالعه از برنامه FREQ در محیط MATLAB به منظور تحلیل فراوانی استفاده گردید. كشور در 8 منطقه همگن دسته­بندی و تحلیل منطقه­ای روزهای بدون باران انجام گرفت. نتایج نشان می­دهد که تغییرات و بزرگی دوره­ های خشک در مناطق مختلف تغییر می­ کند. به نحوی که دوره­ های خشک، از سالی به سال دیگر در شمال غرب و جنوب شرق کشور ناپایدار و متغییر می­باشند. مناطق جنوبی (به خصوص استان­های حاشیه خلیج فارس و دریای عمان) و مناطق مرکزی نیز به عنوان حساس­ترین مناطق به لحاظ کاهش روزهای بارندگی و افزایش دوره­ های بدون بارش در دوره بازگشت­های مختلف شناخته می­شوند.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

خشکسالی پدیده­ای اقلیمی است که به لحاظ آماری یک پدیده تصادفی محسوب می­شود و توسط شاخص­های متعددی مورد مطالعه قرار می­گیرد (نصری، 1387). خشکسالی معمولاً به عنوان دوره­ای از زمان که بارندگی به زیر آستانه متوسط می­رسد شناخته می­شود و معمولاً تعیین زمان شروع آن و تعاریف آن بسیار سخت و پیچیده است(امکی و همکاران، 1993). در اغلب منابع خشکسالی پدیده­ای طولانی مدت است که گاهی در دوره­ های مرطوب نیز کشیده می­شود (ویلهایت و گلانتز، 1985).

تعاریف خشكی و خشكسالی با یكدیگر متفاوت هستند. برخلاف خشكی كه پدیدة دائمی اقلیمی است، خشكسالی در مناطق خشك و مرطوب رخ می‌دهد و حالتی طبیعی و نرمال از اقلیم می­باشد (چو و کارلیوتیس، 1970). قبل از پرداختن به بحث خشكسالی لازم است در مورد خشكی مطالبی بیان شود.

2-1- معیارهای تعیین خشكی

ضرایب تجربی و فرمول­های متفاوتی برای تعیین معیارهای خشكی ابداع شده است كه بر اساس پارامترهایی كه هر كدام از این روابط برای تعیین شاخص خشكی در نظر گرفته است، می­توان آن­ها را به 5 گروه تقسیم نمود (کاویانی، 1380):

– روابطی كه معرف رابطه بین بارش سالانه و مجموع دما برای یك سال و یا دوره­ های مختلف در طول فصل گرم می­باشند.

– روابطی كه بر اساس رابطه بین بارش و تبخیر استوار هستند.

– روابطی كه به وابستگی بین بارش، دما و رطوبت نسبی اهمیت بیشتری داده‌اند.

– روابطی كه كسری اشباع( كمبود رطوبت) و كسری تبخیر را مد نظر قرار داده­اند.

– روابطی‌كه رابطه بین میزان آب و مجموع دما را‌ به عنوان ضریب خشكی در نظر می‌گیرند.

انتخاب صحیح یك ضریب اقلیمی برای مناطق مختلف جهان آسان نیست، زیرا كاربرد هر رابطه اقلیمی در منطقه­ای بهترین جواب را می­دهد كه با اقلیم محل ابداع روش، شباهت و نزدیكی بیشتری داشته باشد.

از طرف دیگر محدودیت عناصر اقلیمی قابل سنجش عاملی است كه كارائی برخی روابط را تحت تأثیر قرار می­هد.

براساس روش ارائه شده توسط یونسكو كه به شاخص بیوكلیماتیك خشكی معروف است و در آن P بارندگی سالانه و ET تبخیر و تعرق بالقوه است، مناطق خشك به چهار گروه تقسیم می‌شوند (کاویانی، 1380):

1- منطقه فرا خشك:                

2- منطقه خشك :           

3- منطقه نیمه خشك:                    

4- منطقه نیمه مرطوب :     

3-1- علل خشکی

به طور كلی 5 عامل مهم باعث ایجاد خشكی می­شوند (کوک و همکاران، 1993).

– دور بودن از منبع رطوبتی (بری بودن)

– فرو رانش آنتی سیكلون­های جنب حاره‌ای دینامیك

– تأثیرات ارتفاعی

– جریان­های حاصل از آب سرد

– آلبیدو

4-1- علل خشکسالی

به‌طوركلی امروزه پذیرفته شده است كه خشكسالی­های شدید، حاصل تغییرات چرخش اتمسفری و بی‌نظمی­های آن است (کاویانی، 1364). جابجائی رودبادها (جت استریم­ها) از مكان خود، رگبارهای باران‌زا را از برخی مناطق دور و به برخی دیگر نزدیك می­كند. به این معنی كه بی‌نظمی‌های اقلیمی در فواصل بسیار دور بر هم تأثیر می­گذارند.

تحقیقات مختلف، تأثیر متقابل اتمسفر و اقیانوس­ها در مقیاس وسیع را ثابت كرده است (کاویانی، 1364 و چنگنان، 2000). این موضوع اهمیت بی نظمی دمای سطح دریا را ثابت می­كند، چرا كه مشخص شده است این مسئله جریان گرما و رطوبت را در سطح تماس اتمسفر و اقیانوس تحت تأثیر قرار می­دهد. این تغییر در جریان گرما و رطوبت دارای الگوئی است كه به چرخه نوسان جنوبی النینو معروف است. واژه­های النینو و لانینا دو حد این چرخه هستند و شرایط كاملاً متفاوتی را در نقاط مختلف زمین بوجود می­آورند.

5-1- تعاریف انواع خشكسالی

خشکسالی مخرب­ترین پدیده اقلیمی است که به سختی می­توان تغییرات زمانی و فضایی آن را به راحتی تعیین کرد. با توجه به تعاریف مختلف از خشکسالی و انواع آن، ارائه یک مدل پیش بینی به منظور ایجاد یک سیستم پایش و پیش بینی خشکسالی غیر ممکن است. به عنوان مثال خشکسالی هواشناسی که به عنوان اولین نشانه­ های خشکسالی شناخته می­شود ممکن است در یک زمان بخصوص مورد توجه قرار گیرد اما تأثیرات آن در سایر منابع آب مانند دبی جریان (خشکسالی هیدرولوژیک) قابل مشاهده نباشد. از طرف دیگر کشاورزان یک منطقه با مشکل کمبود رطوبت خاک (خشکسالی کشاورزی) مواجه نباشند. اما پس از مدتی و عادی شدن وضعیت ریزش­های جوی، شاهد کاهش دبی جریان یا رطوبت خاک باشیم. شکل 1-1 متغیرهای هیدرولوژیکی یک منطقه که تحت تأثیر خشکسالی قرار می­گیرند نشان می­دهند. شکل 1-2 نیز تغییرات زمانی تأثیر خشکسالی بر متغیرهای هیدرولوژیک را نشان می­دهد.

توسعه سیستم­های پایش خشکسالی مبتنی بر جمع آوری اطلاعات در بازه­های زمانی مختلف نظیر بارندگی و دبی جریان ساعتی، روزانه، ماهانه و سالانه و استفاده از مدل­های مختلف آماری و سینوپتیک مانند سری­های زمانی و پایش تغییرات جوی به ویژه متغیرهای اتمسفری (ENSO) است.

از دیدگاه دیگر، برآورد احتمال وقوع یک پدیده در یک دوره زمانی مشخص به منظور برآورد احتمال شکست یک برنامه از مواردی است که به برنامه­ریزان امکان پیش آگاهی در مورد پدید­های حدی مانند سیل و خشکسالی می­دهد. استفاده از روش­های آماری در صورت وجود اطلاعات کافی و بهره­ گیری از شبکه جمع آوری دقیق پارامتر­های اقلیمی و هیدرولوژی نظیر رطوبت خاک دارد. ضمن این که تعیین آستانه­های سیل و خشکسالی در این بخش مهم است که نیاز به اطلاعات بسیار بلند مدت و منظم از سری­های هیدرولوژیک و سری­های پاسخ مانند رطوبت خاک، محصولات کشاورزی و مسائل اقتصادی و اجتماعی است.

چون خشکسالی برخلاف سایر بلایای طبیعی کمتر منجر به خسارات ساختاری می‌شود، کمک‌رسانی در هنگام وقوع این پدیده در مقایسه با سایر پدیده‌ها مثل سیل پیچیده­تر و مشکل­تر می‌‌باشد. ایران علی رغم اینکه در معرض خشکسالی‌های متوالی قرار دارد اما به دلیل وجود قنات‌های عمیق هیچگاه در اثر خشکسالی به قحطی مرگ آور دچار نشده است.

از اغلب تعاریف خشكسالی چنین بر می­آید كه خشكسالی دوره بلند مدت زمانی است كه آب در دسترس به طور معنی­داری زیر حد معمول است. پایین­تر بودن میزان آب نسبت به حد معمول در شرایط متفاوت و با توجه به حساسیت یك فرایند نسبت به كمبود رطوبت تعریف می­شود. به طور كلی تعاریف خشكسالی به دو دسته عمده مفهومی و كاربردی تقسیم بندی می­شوند. منظور از تعاریف مفهومی همان تعاریف موجود در لغت نامه­ها و فرهنگ­هاست كه در واقع این تعاریف به صورت توصیفی و مفهومی هستند و علی رغم اینكه مفهوم شدت و مدت وقوع خشكسالی ممكن است در این تعاریف نهفته باشد اما زمان وقوع پدیده را مشخص نمی­كنند. تعاریف كاربردی خصوصیات و آستانه­های شروع، ادامه و خاتمه و نیز شدت خشكسالی را تعیین می­كنند. این تعاریف اساس یك سیستم هشدار دهنده هستند و برای تحلیل دوره تكرار، شدت و مدت زمان وقوع خشكسالی نیز بكار می­روند. وجود دیدگاه­ها و نقطه نظرات مختلف درباره خشكسالی سبب ایجاد پیچیدگی در ارائه تعریفی مشخص و واحد از این پدیده شده است. در واقع عدم وجود یك تعریف جامع و دقیق از خشكسالی سبب ایجاد تردید و ركود در بخش­های مختلف مدیریتی و سیاست­گزاری در سایر بخش‌ها می­شود. با توجه به اینكه اهمیت خشكسالی در اثرات آن نهفته است و این اثرات در مناطق مختلف به شكل­های متفاوتی ظاهر می­شوند، پس بایستی تعریف خشكسالی به صورت منطقه­ای و مقطعی بیان شود.

به طور كلی برای ارائه یك تعریف مناسب از خشكسالی باید به سه نكته مهم توجه كرد:

1- مقدار و شدت بارندگی و یا میزان كمبود آن مشخص شود.

2- مدت زمان، یك ویژگی مهم در تشخیص خشكسالی است و بایستی برای تعیین میزان درجه خشكسالی ارتباط بین مدت زمان و شدت مشخص شود.

3- آستانه­ای به عنوان یك نقطه مرجع برای تعیین زمان شروع خشكسالی تعیین شود.

به دلیل کثرت پارامترهای که با این پدیده در ارتباط می­باشند، تا به حال هیچ تعریف جامع و کاملی از سوی هیچ سازمان یا ارگانی از خشکسالی نشده است. برحسب نیاز و زمینه کاری، محققین علوم مختلف تعاریف ویژه­ای را از این پدیده طبیعی ارائه کرده­اند. هیدرولوژیست­ها تعاریف متعددی از خشکسالی کرده­اند اما هنوز به یک تعریف کامل و جامع نرسیده ­اند.  بر اساس عناصر بوجود آورنده خشكسالی، می­توان پنج نوع خشكسالی هواشناسی، هیدرولوژیک، کشاورزی، اقتصادی و ادافیک را دسته‌بندی كرد (اسمیت، 2000؛ ماینگیوت، 1999).

1-5-1- خشكسالی هواشناسی

این نوع خشكسالی شدت كمتری نسبت به بقیه دارد و در نتیجه كاهش غیر منتظره باران بوجود می‌آید. فارمر و ویگلی¹ (1985) عنوان كردند خشكسالی هواشناسی موقعی پدید می­آید كه بارندگی به طور قابل ملاحظه­ای زیر حد مورد انتظار باشند. كاهش بارندگی به خودی خود خطر محسوب نمی‌شود. چرا كه ارتباط بین بارندگی و آب قابل استفاده كه آب مورد نیاز را تامین می‌كند، معمولاً غیرمستقیم است. گفته می­شود بارندگی منبع آبی گیاه محسوب نمی­شود، بلكه خاك منبع آب برای گیاه است. به همین ترتیب بارندگی آب آبیاری یا مورد نیاز شهری را به طور مستقیم تأمین نمی‌كند، بلكه آب­های زیر زمینی و رودخانه­ها این منابع را تأمین می‌كند. مفهوم خشكسالی هواشناسی تعاریف مختلفی را بر اساس داده ­های بارندگی در بر می­گیرد. یكی از آن­ها زمان بدون بارش است كه بسته به شرایط متدوال بارندگی یك منطقه از 6 تا 30 روز یا بیشتر  از دو سال متفاوت است. تعاریف دیگری وجود دارد كه بر اساس تعداد روزهای بارندگی در یك فصل یا سال عنوان می­شود. طبق این تعاریف خشكسالی وقتی پدید می­آید كه بارندگی كمتر از 25 یا 10 درصد میانگین بلند مدت است. این تعاریف اكثراً قرار دادی است و توجهی به اثرات بارندگی روی منابع آب یا مسائل كشاورزی ندارند، حداقل به این دلیل كه اثرات كاهش بارندگی در طول سال متفاوت است. مثلاً كاهش باران در تابستان نسبت به زمستان اثر بیشتری دارد. بنابراین تعریف خشکسالی از دیدگاه هواشناسی در کشورهای مختلف و در زمان­های مختلف متفاوت می‌باشد به همین دلیل از این دیدگاه به کار بردن یک تعریف از خشکسالی که در قسمتی از جهان متداول می‌باشد. از طرف دیگر از دیدگاه اقلیم­شناسان خشکسالی یک پدیده طبیعی است که در اثر تغییرات الگوهای آب وهوایی ناشی از کاهش نزولات جوی کمتر از حد معمول خود به خود به وجود می‌‌آید و ادامه آن موجب عدم تعادل اکولوژیکی و هیدرولوژیکی می­شود. از طرفی چون از دیدگاه جغرافیایی تعریف خشکسالی مفهومی مکان­مند می‌‌باشد، شدت خشکسالی در هر محل تابعی از ضریب تغییرپذیری بارش در همان محل است، شدت خشکسالی در هر محل خشکسالی قابل تعیین است به طوری که در این روش درجه خشکسالی و ترسالی تعیین می‌‌شود.

1– Farmer &Wigley

تعداد صفحه : 134

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.