مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

بررسی شاخص‏ های خشکسالی هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژیکی در دشت مهاباد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سعیده احراری 1
امید رجا 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
2 دکتری گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
10.22034/wmaj.2025.206467
چکیده
در این مطالعه از بسته نرم ‏افزاری تخصصی به نام DrinC (محاسب شاخص‏های خشکسالی) با هدف بررسی شاخص‏های خشکسالی هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژیکی در دشت مهاباد واقع در استان آذربایجان غربی استفاده شد. از دو شاخص که اخیرا توسعه یافته (شاخص ‏های RDI و SDI) و شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و شاخص بارش، تبخیروتعرق استاندارد شده (SPEI) استفاده شد. نتایج نشان داد که شاخص 12 ماهه در پایش دوره‏‏های خشک‌سالی و ترسالی مناسب‌ترین مقیاس برای کلیه شاخص‏های خشکسالی است. مقایسه سری‏های زمانی شاخص‏های خشک‌سالی SPEI و SPI در طول دوره آماری نشان داد که در مقیاس زمانی 12 ماهه، اختلاف رفتاری دو شاخص از لحاظ شدت شاخص بیشتر می‏‏‏‏شود. دلیل این اختلاف می‏تواند دلیلی بر حساسیت شاخص SPEI به تغییرات بارندگی و منظور نمودن پارامتر تبخیر و تعرق پتانسیل در این شاخص باشد. بررسی‏ها نشان داد که شاخص RDI تقریباً روند مشابهی مانند شاخص SPEI دارد. همچنین، تغییرات شاخص SDI در طول دوره آماری نیز روند مشابهی با شاخص SPEI نشان داد. خشک‌سالی هیدرولوژیکی معمولاً هم‌زمان با خشک‌سالی هواشناسی رخ نمی‏دهد و با تأخیری نسبت به آن‏ها روی می‏دهد؛ زیرا زمان طولانی‏تری مورد نیاز است تا اینکه کاهش بارش بتواند اثر خود را بر اجزای سامانه‏های هیدرولوژیکی از قبیل جریان‏های سطحی و رطوبت خاک نشان دهد. به طور کلی نتایج نشان داد بسته نرم افزاری DrinC شامل ابزارهای مفیدی است که برای برآوردن نیازهای طیف گسترده‏ای از موارد تصمیم‏گیری کمک می‏کند. این نرم‏افزار ممکن است در کاربردهای مختلفی مانند پایش خشکسالی، ارزیابی توزیع مکانی خشکسالی، بررسی سناریوهای اقلیمی و غیره مورد استفاده قرار گیرد. آگاهی و شناخت از ماهیت شاخص‏های خشک‏سالی از طریق بررسی و مقایسه نتایج شاخص‏های مختلف خشک‏سالی این امکان را به تصمیم‏گیران و مدیران می‏دهد تا درک بهتری نسبت به شروع خشکسالی و برنامه‏ریزی میان‌مدت و بلندمدت برای سازگاری با آن داشته باشند.
کلیدواژه‌ها
آذربایجان غربی
پایش
تبخیروتعرق
درجه حرارات
DrinC

عنوان مقاله English

Investigation of meteorological, agricultural, and hydrological drought indicators in Mahabad plain

نویسندگان English

Saeede Ahrari 1
Omid Raja 2
1 M.Sc. Student, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Ph.D., Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

This study used a Specialized Software Package called DrinC (Drought Indicators Calculator) to investigate meteorological, agricultural, and hydrological drought indicators in Mahabad Plain located in West Azarbaijan province. Two recently developed indices (RDI and SDI indices), standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation, evapotranspiration index (SPEI) were used. The results showed that the 12-month index is the most suitable scale for all drought indices in monitoring drought and wet periods. Comparing the time series of SPEI and SPI drought indices during the statistical period showed that in the 12-month time scale, the difference in the behavior of the two indices increases in terms of the severity of the index. The reason for this difference could be the sensitivity of the SPEI index to changes in precipitation and the inclusion of the potential evapotranspiration parameter in this index. Investigations showed that the RDI index has almost the same trend as the SPEI index.The changes in the SDI index during the statistical period also showed a similar trend to the SPEI index. Hydrological drought usually does not occur at the same time as meteorological drought and occurs with a delay compared to them; Because a longer time is needed before the reduction of precipitation can show its effect on the components of hydrological systems such as surface currents and soil moisture. In general, the results showed that the DrinC software package includes useful tools that help to meet the needs of a wide range of decision-making cases.This software may be used in various applications such as drought monitoring, evaluating the spatial distribution of drought, examining climate scenarios, etc.Knowledge and understanding of the nature of drought indicators through studying and comparing the results of different drought indicators allows decision-makers and managers to better understand the onset of drought and mid-term and long-term planning.

کلیدواژه‌ها English

Drinc
Evapotranspiration
Monitoring Temperature
West Azerbaijan
آوند، م.ت.، مرادی، ح.ر. و حزباوی، ز. 1402. ارزیابی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی زمان حال و پیش‌نگری آن در آینده در حوزه آبخیز تجن. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک. انتشار آنلاین.
بذرافشان، ا.، محمودزاده، ف. و بذرافشان، ج. ۱۳۹۵. ارزیابی روند تغییرات خشک‌سالی بر اساس شاخص بارش استاندارد شده و شاخص تبخیر - تعرق استاندارد شده در سواحل جنوبی ایران. مجله مدیریت بیابان. ۴ (۸): 69-54.
بذرافشان، ا.، محمودزاده، ف.، عسگری‏نژاد، ا. و بذرافشان، ج. 1398. مقایسه تطبیقی شاخص‏های RDI ، SPIو  SPEIدر تحلیل روند شدت، مدت و فراوانی خشکسالی در مناطق خشک و نیمه­خشک ایران. علوم و مهندسی آبیاری. 42(3): 131-117.
دستجردی، ا.، مجردی، ب. و علیزاده، ح. ۱۳۹۸. شناسایی و آماده‏سازی منابع مناسب داده‏های هواشناسی مبتنی بر GIS برای شبیه‏سازی با استفاده از مدل‏های هیدرولوژیکی نیمه توزیعی. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 50(۷): 1781-1791.
رجا، ا.، پارسی­نژاد، م.، سهرابی، ت. و احمدآلی، خ. 1398. بررسی وضعیت منابع آب محدوده مرودشت-خرامه با استفاده از شاخص‏های تحلیل پایداری. تحقیقات خاک و آب ایران. 50(4): 909-898.
رضایی‏قلعه، ل. و  قربانی، خ. ۱۳۹۷. تحلیل تطبیقی رفتار شاخص‌های خشک‌سالی هواشناسی SPI و SPEI در ایستگاه‌های منتخب استان گلستان. نشریه هواشناسی کشاورزی. ۶(1): ۳۱-۴۰.
شریف آذری، س. و عراقی­نژاد، ش. ۱۳۹۲. توسعه مدل ناپارامتری شبیه‏ساز داده‏های ماهانه هیدرولوژیکی. مجله مدیریت آب و آبیاری. 3 (۱): ۸۳-۹۵.
مطالعات بهنگام سازی بیلان منابع آب محدوده‌های مطالعاتی حوضه آبریز دریاچه ارومیه. 1393. گزارش بیلان منابع آب
 
مصطفی‌زاده، ر. و ذبیحی، م. 1395. تحلیل و مقایسه شاخص‌های ‏SPI‏ و ‏SPEI‏ در ارزیابی خشک‏سالی هواشناسی با استفاده از نرم‌افزار R (بررسی موردی: استان کردستان). فیزیک زمین و فضا، 42(3): 633-643.
محدوده مطالعاتی مهاباد، وزارت نیرو، شرکت مدیریت منابع آب ایران. شرکت آب منطقه‌ای آذربایجان‏غربی. 5: 81 ص.
میراکبری، م.، مرتضایی، قاسم رضایی، ف. و  محسنی، م.  ۱۳۹۷. بررسی تأثیر خشک‌سالی هواشناسی بر منابع آب سطحی و زیرزمینی توسط شاخص‏های  SPI، SPEI، SDI وGRI . مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. ۱۲(42): ۷۰-۸۰. 
نصرتی، ک.  1393. ارزیابی شاخص بارش- تبخیر و تعرق استانداردشده (SPEI) جهت شناسایی خشک‌سالی در اقلیم‏های مختلف ایران، فصلنامه علوم محیطی. 12(4): 73-63.
یوسفی، م.، انصاری، ح.، مساعدی، ا. و صمدی، س.ز. 1396. بررسی همبستگی بین سه شاخص خشکسالی با تعداد از پارامترهای آب و هوایی در چند نمونه اقلیمی ایران. تحقیقات منابع آب ایران. 13 (3): 197-194.
Abd‐Elhamid, H. F., Zeleňáková, M., Soľáková, T., Saleh, O. K. and El‐Dakak, A. M. 2024. Monitoring flood and drought risks in arid and semi‐arid regions using remote sensing data and standardized precipitation index: A case study of Syria. Journal of Flood Risk Management. 17(1): e12961.
Al-Khafaji, M. S.and Al-Ameri, R. A. 2021. Evaluation of drought indices correlation for drought frequency analysis of the Mosul dam watershed. In IOP conference series: earth and environmental science. 779 (1): 012077). IOP Publishing.
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D. and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. FAO, Rome. 300(9): D05109.
Ansarifard, S. and Shamsnia, S. A. 2018. Monitoring drought by reconnaissance drought index (RDI) and standardized precipitation index (SPI) using DrinC software. Water Utility Journal. 20: 29-35.
Avand, M., Moradi, H. R. and Hazbavi, Z. 2024. Interactive Changes in Climatic and Hydrological Droughts, Water Quality, and Land Use/Cover of Tajan Watershed, Northern Iran. Water. 16(13): 1784.
Balint, Z., Mutua, F.M. and Muchiri, P. 2011. Drought Monitoring with the Combined Drought Index, FAO-SWALIM Nairobi, Kenya.
Batool, S., Mahmood, S. A. and Shirazi, S. A. 2021. Appraisal of Drought Indices based on Climatic Variability using DrinC Software for Potwar Region in Punjab Pakistan during 1981–2019.
Beguería, S. and Vicente-Serrano, S.M. 2013. Calculation of the Standardised Precipitation-Evapotranspiration Index. http://cran.r-project.org/web/packages/SPEI/SPEI.pdf (accessed July 2, 2014)
Borg, D.S. 2009. An application of drought indices in Malta, case study. European Water. 25/26: 25-38.
Capodici, F., Ciraolo, G., La Loggia, G., Liuzzo, L., Noto, L.V. and Noto, M.T. 2008. Time series analysis of climate and vegetation variables in the Oreto watershed (Sicily, Italy). European Water. 23/24: 133-145.
Doorenbos, J. and Pruitt, W. O. 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 24, 2nd edition, FAO, Rome, p. 179.
Hargraeves, G.H. and Samani, Z.A. 1982. Estimating potential evapotranspiration. ASCE. J. Irrigation and Drainage Division. 108(3): 225-230.
Hargreaves, G.H. and Samani. Z.A. 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Transaction of ASAE. 1(2): 96-99.
Kanellou, E., Domenikiotis, C., Blanta, A., Hondronikou, E. and Dalezios, N.R. 2008. Index-based drought assessment in semi-arid areas of Greece based on conventional data. European Water. 23(24): 87-98.
Kempes, C. P., Myers, O. B., Breshears, D. D. and Ebersole, J.J. 2008. Comparing response of Pinus edulis tree-ring growth to five alternate moisture indices using historic meteorological data. Journal of Arid Environments. 72(4): 350-357.
Lorenzo-Lacruz, J., Vicente-Serrano, S.M., López-Moreno, J.I., Beguería, S., García-Ruiz, J.M. and Cuadrat, J. M. 2010. The impact of droughts and water management on various hydrological systems in the headwaters of the Tagus River (central Spain). Journal of Hydrology. 386(1-4): 13-26.
Mckee, T. B., Doesken, N. J. and Kleist, J. 1993.The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society Boston, MA, 179-183.
Michaelides, S. and Pashiardis, S. 2008. Monitoring Drought in Cyprus during the 2007-2008 hydrometeorological year by using the Standardized Precipitation Index (SPI). European Water. 23/24: 123-131.
Minh, H. V. T., Kumar, P., Van Toan, N., Nguyen, P. C., Van Ty, T., Lavane, K., ... and Downes, N. K. 2024. Deciphering the relationship between meteorological and hydrological drought in Ben Tre province, Vietnam. Natural Hazards. 120(6): 5869-5894.
Mishra, A.K. and Desai, V.R. 2005. Drought forecasting using stochastic models. Stochastic Environment Research and Risk Assessment. 19: 326-339.
Morid, S., Smakhtin, V.U., Moghaddasi, M. 2006. Comparison of seven meteorological indices for drought monitoring in Iran. International Journal of Climatology. 26: 971-985.
Mostafavi Darani, S.M., Khoshhal Dastjerdi, J., Parandeh, A., Ghatrehsamani, M. 2011. Drought monitoring in Isfahan province (Iran) by comparison of SPI and RDI. ‘European Conference on Applications of Meteorology’ EMS Annual Meeting Abstracts Vol. 8, EMS2011-229, 11th EMS/10th ECAM. 12-16 Sept. 2011, Berlin, Germany.
Nalbantis, I. and Tsakiris, G. 2009. Assessment of hydrological drought revisited. Water Resource Management. 23: 881-897.
NDMC - National Drought Mitigation Center. 2014. Program to Calculate Standardized Precipitation Index. http://drought.unl.edu/MonitoringTools/DownloadableSPIProgram.aspx (accessed June 30, 2014)
Pashiardis, S. and Michaelides, S. 2008. Implementation of the Standardized Precipitation Index (SPI) and the Reconnaissance Drought Index (RDI) for Regional Drought Assessment: A case study for Cyprus. European Water. 23/24: 57-65.
Smakhtin, V.U. and Hughes, D.A. 2007. Automated estimation and analyses of meteorological drought characteristics from monthly rainfall data. Environmental Modelling and Software. 22: 880-890
Surendran, U., Anagha, B., Raja, P., Kumar, V., Rajan, K. and Jayakumar, M. 2019. Analysis of drought from humid, semi-arid and arid regions of India using DrinC model with different drought indices. Water Resources Management. 33: 1521-1540.
Thornthwaite, C.W. 1948. An approach towards a rational classification of climates. Geog. Rev. 38: 55-94.
Tigkas, D., Vangelis, H., Proutsos, N. and Tsakiris, G. 2022. Incorporating aSPI and eRDI in drought indices calculator (DrinC) software for agricultural drought characterisation and monitoring. Hydrology. 9(6): 100.
Tigkas, D., Vangelis, H. and Tsakiris, G. 2015. DrinC: a software for drought analysis based on drought indices. Earth Science Informatics. 8(3): 697-709.
Tsakiris, G., Nalbantis, I., Vangelis, H., Verbeiren, B., Huysmans, M., Tychon, B., Jacquemin, I., Canters, F., Vanderhaegen, S., Engelen, G., Poelmans, L., De Becker, P. and Batelaan, O. 2013. A system-based paradigm of drought analysis for operational management. Water Resources Management. 27: 5281-5297.
Tigkas, D., Vangelis, H. and Tsakiris, G. 2012. Drought and climatic change impact on streamflow in small watersheds. Science of the Total Environment. 440: 33–41.
Tsakiris, G., Vangelis, H. and Tigkas, D. 2010. Drought impacts on yield potential in rainfed agriculture. In: Proceedings of 2nd International Conference on Drought Management ‘Economics of Drought and Drought Preparedness in a Climate Change Context’, 4-6 March 2010, Istanbul, Turkey: 191-197.
Tsakiris, G., Pangalou, D. and Vangelis, H. 2007. Regional drought assessment based on the reconnaissance drought index (RDI). Water Resources Management. 21: 821–833.
Tsakiris, G., Pangalou, D. and Vangelis, H. 2007a. Regional Drought Assessment Based on the Reconnaissance Drought Index (RDI). Water Resources Management. 21(5): 821-833.
Tsakiris, G., Tigkas, D., Vangelis, H. and Pangalou, D. 2007b. Regional drought identification and assessment – case study in Crete. In methods and tools for drought analysis and management, Rossi et al. (Eds.). Springer, the Netherlands. 169-191.
Tsakiris, G., Pangalou, D. and Vangelis, H. 2007c. Regional drought assessment based on the Reconnaissance Drought Index (RDI). Water Resources Management. 21(5): 821-833.
Tsakiris, G. and Vangelis, H. 2005. Establishing a drought index incorporating evapotranspiration. European Water. 9/10:3-11
Vicente-Serrano, S. M., Beguería, S. and López-Moreno, J.I. 2010. A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of climate. 23(7): 1696-1718.