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 استفاده از گشتاورهای خطی
استاد راهنما:
دکتر مهدی ذاکرینیا
اساتید مشاور:
دکتر حسین شریفان
دکتر مجید حیدریزاده
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(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 استفاده 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 استفاده از نمودار گشتاورهای خطی…39
3-8-2- گشتاورهای وزنی احتمال………………………………….. 40
3-8-3- تعیین همگنی و ایستگاههای پرت با استفاده 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- نتیجهگیری 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، دورههای 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 دورههای خشک در مناطق مختلف تغییر میکند. به نحوی که دورههای 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 دورههای 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 دورههای 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 دورههای 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 نشانههای 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 بهرهگیری 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 نرسیدهاند. 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 دادههای 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 : 14700تومان
