کارایی شاخص‌های خشک‌سالی هواشناسی در پیش‌هشدار خشک‌سالی هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سداستقلال - میناب)

نویسندگان
سمیه بهرامی 1
ام‌لبنین بذرافشان 2
یحیی اسماعیل‌پور 3
1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه هرمزگان
2 دانشیار، گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان
3 عضوهیات علمی گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان
چکیده
خشکسالی از علل طبیعی اصلی خسارت در حوزه­های کشاورزی، اقتصاد و محیط زیست است. تعیین کمی ویژگی­های شدت، بزرگی و تداوم خشکسالی به‌صورت عینی بسیار مشکل است. از این رو تلاش زیادی برای پایش خشکسالی با استفاده از نمایه‌های مختلف صورت گرفته‌است. در تحقیق حاضر به‌منظور بررسی اثرات خشک‌سالی اقلیمی بر سیستم­های هیدرولوژیکی در محدوده موردمطالعه از شاخص­های خشک‌سالی هواشناسی شامل SPI و SPEI، شاخص خشک‌سالی هیدرولوژیکی SRI و شاخص خشک‌سالی آب زیرزمینی GRI استفاده گردید، سپس ارتباط بین شاخص­های مذکور باهم، هم‌زمانی و یا عدم هم­زمانی وقوع رخداد خشک‌سالی بررسی شد. در نهایت با هم‌بستگی بین شاخص‌‌ها بهترین شاخص اقلیمی جهت پایش سیستم‌های هیدرولوژیکی در منطقه معرفی گردید. نتایج نشان داد، مقایسه هم‌بستگی دو شاخص هواشناسی با شاخص‌های SRI و GRI، شاخص SPEI از نظر هشدار خشک‌سالی، در اولویت قرار دارد، چرا که در مقیاس زمانی کوتاه­تری قادر به نمایش رخداد خشک‌سالی هیدرولوژیکی است. هم‌بستگی چندانی در مقیاس­های زمانی مختلف بین دو شاخصSPI-GRI  (18/0=cc) مشاهده نشد که نشان دهنده­ی نامناسب بودن شاخص­های مذکور، برای بررسی اثرات خشک‌سالی اقلیمی بر آب زیرزمینی است. نتایج نشان داد، مقایسه هم‌بستگی دو شاخص هواشناسی با SRI و GRI، SPEI از نظر هشدار خشک‌سالی، در اولویت قرار دارد، چرا که در مقیاس زمانی کوتاه‌تری قادر به نمایش رخداد خشک‌سالی هیدرولوژیکی است. هم‌بستگی چندانی (18/0=cc) در مقیاس‌های زمانی مختلف بین دو شاخصSPI-GRI   مشاهده نشد که نشان‌دهنده‌ نامناسب بودن شاخص‌های مذکور، برای بررسی اثرات خشک‌سالی اقلیمی بر آب زیرزمینی است. لذا پیشنهاد می‌گردد جهت بررسی اثر تغییرات بارش بر نوسانات آب زیرزمینی از SPEI بجای SPI استفاده شود.
کلیدواژه‌ها
آماره‌ی کاپا
پایش خشک‌سالی
مشخصه‌‌های خشک‌سالی
مقایسات جفتی

عنوان مقاله English

Efficiency of Drought Meteorological Indices in Hydrological and Hydrogeological Drought Warning (Case Study: the watershed of Esteghlal Dam -Minab)

نویسندگان English

S. Bahrami 1
O. Bazrafshan 2
Y. esmaelpour 3
چکیده English

Drought is one of the main natural causes in agricultural, economic and environmental sections. It is very difficult to quantify the characteristics of the severity, magnitude and duration of the drought objectively. Therefore, much effort has been made to monitor drought using a variety of indices. In order to investigate the meteorological drought on hydrological systems in the study area, were used from Standardized Precipitation Index (SPI), Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), SRI Standardized Runoff Index (SRI) and groundwater drought index (GRI). Then, the relationship between the indices, concurrence or non-concurrence of drought event was investigated. Finally, the best meteorological drought index for monitoring hydrological systems in the study region was selected. The results showed that comparing the correlation between the two meteorological indicators with SRI and GRI, SPEI is a priority in terms of drought warning, because it is able to show the occurrence of hydrological drought on a shorter time scale. There was no significant correlation at different time scales between the two SPI-GRI indices (cc = 0.18), which indicates the inadequacy of SPI to investigate the effects of climatic drought on groundwater level. Therefore, it is suggested to use SPEI instead of SPI to investigate the effect of precipitation changes on groundwater fluctuations.

کلیدواژه‌ها English

Kappa statistics
drought monitoring
drought characteristics
pairwise comparisons
[1]   Bazrafshan, O., Mahmudzadeh, F., and Bazrafshan, J. 2017. Evaluation of temporal trends of the drought indices SPI and SPEI in the Southern Coast of Iran. Desert Management, 4(8): 54-69 [In Persian].
[2]   Bazrafshan, O., Parandin, F., and Farokhzadeh, B. 2016. Assessment of Hydro-meteorological Drought Effects on Groundwater Resources in Hormozgan Region-South of Iran. Ecopersia, 4(4): 1569-1584.
[3]   Cohen, J. 1968. Weighted kappa: Nominal scale agreement with provision for scaled disagreement of partial credit. Psychological Bulletin, 70: 213-220.
[4]   Eghtedar Nezhad, M., Bazrafshan, O., and Bazrafshan, J. 2018. Spatio-temporal variations of meteorological drought using Standardized Precipitation Evapotranspiration Index in Iran. Agricultural Meteorology, 5(2): 35-46 [In Persian].
[4]   Eghtedar Nezhad, M., Bazrafshan, O., and Sadeghi Lari, A. 2017. Adaptive Evaluation of SPI, RDI and SDI Indices in Analyzing the Meteorological and Hydrological Drought Characteristics (Case Study: Bam Plain). Water and Soil Science, 26(4.2): 69-81 [In Persian].
[5]   Fiorillo, F., and Guadagno, F. M. 2010. Karst spring discharges analysis in relation to drought periods, using the SPI. Water resources management, 24(9): 1867-1884.
[6]   Li, J., Wu, C., Xia, C. A., Yeh, P. J. F., Hu, B. X., & Huang, G. (2021). Assessing the responses of hydrological drought to meteorological drought in the Huai River Basin, China. Theoretical and Applied Climatology, 144(3): 1043-1057.
[7]   Lloyd-Hughes, B. (2002). The long-range predictability of European drought. University of London, University College London (United Kingdom).
[8]   Maskey, S., and Trambauer, P. 2014. Hydrological Modeling for Drought Assessment. Hydro-Meteorological Hazards, Risks, and Disasters, 263-282.
[9]   Mehni, M., and Bazrafshan, O. 2017. Spatiotemporal of Quality and Quantity of Groundwater Resources in the Minab Plain over the Three past Decades. Extension and Development of Watershed Management, 5(18): 51-59[In Persian].
[10] Nalbantis, G., and Tsakiris, B. 2008. Assessment of Hydrological Drought Revisited. Water Resour Manage, 23:881–897.
[11] Shokoohi, A., and Morovati, R. 2015. Basinwide comparison of RDI and SPI within an IWRM framework. Water Resources Management, 29(6): 2011-2026.
[12] Shukla, S., and Wood, A. W. 2008. Use of a standardized runoff index for characterizing hydrologic drought. Geophysical research letters, 35(2): 23-38.
[13] Tabouzadeh, S., Zarei, H., and Bazrafshan, O. 2016. Analysis of Severity, Duration, Frequency and Zoning Map of Meteorological Drought of Bakhtegan River Basin. Irrigation Sciences and Engineering, 38(4): 109-123.
[14] Uddameri, V., Singaraju, S., and Hernandez, E. A. 2019. Is Standardized Precipitation Index (SPI) a Useful Indicator to Forecast Groundwater Droughts?—Insights from a Karst Aquifer. of the American Water Resources Association, 55(1): 70-88.
[15] Vicente-Serrano, S. M., López-Moreno, J. I., Beguería, S., Lorenzo-Lacruz, J., Azorin-Molina, C., and Morán - Tejeda, E. 2011. Accurate computation of a streamflow drought index. Hydrologic Engineering, 17(2): 318-332.
[16] Wang, L., Zhang, J. Elmahdi, A., Shu, Z., Wu, Y., and Wang, G. (2022). Evolution characteristics and relationship of meteorological and hydrological droughts from 1961 to 2018 in Hanjiang River Basin, China. Journal of Water and Climate Change, 13(1): 224-246.