تعیین خشکسالی طبیعی آبهای زیرزمینی با استفاده از شاخص جدید NGDI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج

2 استادیار بخش تحقیقات منابع طبیعی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج، اراک، ایران

چکیده

علاوه بر برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی، یکی دیگر از مشکلاتی که بهره‌برداری پایدار منابع آب زیرزمینی را بخصوص در مناطق خشک با مشکل مواجه می‌نماید، وقوع خشکسالی‌های پی‌درپی می‌باشد. لذا یکی از چالش‌های مهم در مدیریت منابع آب زیرزمینی در نظر گرفتن اثرات خشکسالی در سیستم هیدرولوژیکی می‏باشد. در این تحقیق با توجه به لزوم جداسازی فعالیت‏های انسانی از خشکسالی طبیعی ضمن ارائه یک شاخص جدید خشکسالی آبهای زیرزمینی قابلیت کاربرد این شاخص در دشت نجف‏آباد مورد ارزیابی قرار گرفته است. در شاخص جدید ارائه شده ابتدا اثرات ناشی از فعالیت‏های انسانی اعم از برداشت از آبهای زیرزمینی و یا تغییر کاربری از تغییرات سطح ایستابی ناشی از وقوع خشکسالی با استفاده از مدل HARTT تفکیک و جدا شده و سپس با برازش بهترین تابع توزیع احتمالاتی و استانداردسازی آن مقادیر خشکسالی طبیعی تعیین می‏شوند. نتایج ارزیابی شاخص NGDI در دشت نجف‏آباد نشان داد که در سطح دشت در بازه ‏سال‎‏های 1992 تا 2000 شرایط خشکسالی طبیعی بر منابع آبهای زیرزمینی حاکم بوده است. با توجه به نتایج به دست آمده، شاخص NGDI ارائه شده قابلیت تعیین خشکسالی طبیعی در آبهای زیرزمینی و تفکیک اثرات انسانی از آن و پیش‏بینی خشکسالی از چندین ماه و یا حتی بیش از یک سال قبل از وقوع آن را دارا می‌باشد. این شاخص می‏تواند به عنوان یک ابزار مناسب برای مدیران به منظور کنترل و مدیریت بهتر منابع آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، استفاده از این شاخص برای پیش‌بینی و سیستم‌های هشدار دهنده خشکسالی در برنامه‌ریزی‌های مدیریتی پیشنهاد می‏گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Natural Groundwater Drought by Using New Developed NGDI Index

نویسندگان [English]

  • Mustafa Goodarzi 1
  • Gholam Reza Goodarzi 2
1 Assistant Professor, Agricultural Engineering Research Department, Markazi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Arak, Iran
2 Assistant Professor, Research Division of Natural Resources, M, Markazi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Arak, Iran.
چکیده [English]

In addition to the over extraction of groundwater resources, one of the problems with sustainable use of groundwater, especially in the arid areas, is the occurrence of successive droughts. Therefore, an important challenge in managing groundwater resources, is to consider the effects of drought in the hydrological system. In this study, due to the necessity of separating human activities from natural droughts, a new groundwater drought index was developed and its capability evaluated in the Najaf Abad plain. In the new index, first, the effects of human activities, such as groundwater extraction or land use changes, were separated by HARTT model, and then the natural drought values are determined, by fitting the best probabilistic distribution function and standardizing that. The results of the evaluation of NGDI index in the Najafabad plain showed that, natural drought conditions prevailed over the groundwater resources in the plain between 1992 and 2000. According to the obtained results, the NGDI index provides the ability to determine the natural drought in the groundwater and distinguish the human effects from it and predict drought from several months or even more than a year before it occurs. This index can be used as an appropriate tool for managers to better control and manage groundwater resources. Therefore, the use of this index is recommended in management strategies for prediction and drought warning systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • HARTT
  • Drought
  • Groundwater Level
خشوعی، م. 1391. طراحی سیستم پایش خشکسالی بر اساس شاخص یکپارچه در حوضه آبریز زاینده‌رود. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.
دکترصفائی، ح. 1391. ارزیابی و تعیین شاخص جامع خشکسالی منابع آب زیرزمینی، مطالعه موردی: حوضه آبریز زاینده‌رود. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.
گودرزی، م. 1394. بررسی اثرات بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از تلفیق مدل MODFLOW و روش Thornthwaite and Mather. پایان‏نامه دکتری مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
Bhuiyan, C., Singh, R.P. and Kogan, F.N. 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. 8: 289–302.
Bloomfield, J.P. and Marchant, B.P. 2013. Analysis of groundwater drought using a variant of the Standardised Precipitation Index. Hydrology and Earth System Sciences. 10: 7537-7574.
Cenobio-Cruz, A., Breña-Naranjo, A. and Pedrozo-Acuña, A. 2017. Separating hydrological drought from water scarcity in Mexican catchments. Geophysical Research Abstracts, Vol. 19, EGU2017-5493.
Chang, T.J. and Teoh, C.B. 1995. Use of the kriging method for studying characteristics of ground water droughts. Journal of the American Water Resources Association. 31: 1001–1007.
Corder, G.W. and Foreman, D.I. 2009. Nonparametric Statistics for Non-Statisticians: A Step-by-Step Approach.  John Wiley and Sons, 264 pp.
CSIRO. 2009. Groundwater yields in south-west Western Australia: a report to the Australian Government from the CSIRO south-west Western Australi sustainable yeils project, Technical report, Australia.
Eltahir, E.A.B. and Yeh, P.J.F. 1999. On the asymmetric response of aquifer water level to floods and droughts in Illinois. Water Resources Research. 35: 1199–1217.
Ferdowsian, R., Pannell, D.J., McCarron, C., Ryder, A. and Crossing, L. 2001. Explaining groundwater hydrographs: Separating atypical rainfall events from time trends. Australian Journal of Soil Research. 39(4): 861-875.
Ferdowsian, R. A., Ryser, R., George, G. and R. Smart. 2002. Groundwater level reductions under lucerne depend on the landform and groundwater flow systems (local and intermediate). Australian Journal of Soil Research. 40(3): 381-396.
Goodarzi, M., Abedi-koupai, J., Heidarpour, M. and Safavi H.R. 2016. Development of a New Drought Index for ground-water and its application in sustainable groundwater extraction. Journal of Water Resources Planning and Management. 142(9): 1–12.
Goodarzi, M. 2020. Application and performance evaluation of time series, neural networks and HARTT models in predicting groundwater level changes, Najafabad Plain, Iran. Sustainable Water Resources Management. 6(4), 67.
Lafare, E.A.A, Peach, W.D. and Hughes, G.A. 2016. Use of seasonal trend decomposition to understand groundwater behavior in the Perm o- Triassic Sandstone aquifer, Eden Valley, UK. Hydrogeology Journal. 24:141–158.
Li, K. and Makarau, A. E. 1994. Drought and Desertification: Reports to the Eleventh Session of the Commission for Climatology, WMO/TD 605, Geneva, Switzerland. 68.
McKee, T.B., Doesken, N.J. and Leist, J. 1993. The relationship of drought frequency and duration time scales. 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, California, 179–184.
Mendocino G., Senatore, A. and Versace, P. 2008. A Groundwater Resource Index (GRI) for drought monitoring and forecasting in a Mediterranean climate. Journal of Hydrology. 357:282-302.
Mishra, A.K. and Desai, V.R. 2005a. Spatial and temporal drought analysis in the Kansabati River Basin, India. International Journal of River Basin Management. IAHR. 3 (1): 31–41.
Pathak, A.A. and Dodamani, B.M. 2018. Trend Analysis of Groundwater Levels and Assessment of Regional Groundwater Drought: Ghataprabha River Basin, India. Natural Resources Research. 28: 631-643.
Peters, E., Bier, G., Van Lanen, H.A.J. and Torfs, P.J.J.F. 2006. Propagation and spatial distribution of drought in a groundwater catchment. J. Hydrol. 321: 257–275.
Peters, E., Van Lanen, H.A.J., Torfs, P.J.J.F. and Bier, G. 2005. Drought in groundwater drought distribution and performance indicators. Journal of Hydrology. 306: 302–317.
Peterson, T.J. and Western, A.W. 2011. Time-series modeling of groundwater head and its de-composition to historic climate periods, 34th IAHR World Congress, Brisbane, Australia, 26 June-1 July 2011.
Rossi, G., Benedini, M., Tsakiris, G. and Giakoumakis, S. 1992. On regional drought estimation and analysis. Water Resources Management. 6: 249-277.
Shapoori, V., Peterson, T.J., Western, A.W. and Costelloe, J. 2011. Quantifying the impact of pumping on groundwater heads using observation data and advanced time series analysis. 19th International Congress on Modelling and Simulation, Perth, Australia, 3966-3972.
Tallaksen, L.M., Hisdal, H. and Van Lanen, H.A.J. 2006. Propagation of Drought in a Groundwater Fed Catchment, the pang in the UK in Climate Variability and Change: Hydrological Impacts. Edited by: Demuth, S., Gustard, A., Planos, E., Scatena. F., and Servat, E., International Association of Hydrological Sciences (IAHS), 5th FRIEND World Conference Havana, Cuba, November 2006, IAHS Publication no. 308, Wallingford, UK, 128–133.
Van Lanen, H.A.J., Wanders, N., Tallaksen, L.M. and Van Loon, A.F. 2013. Hydrological drought across the world: impact of climate and physical catchment structure. Hydrology and Earth System Sciences. 17: 1715–1732.
Van Loon, A.F. and H.A.J. Van Lanen. 2013. Making the distinction between water scarcity and drought using an observation-modeling framework. Water Resources Research. 49: 1483-1502.
Yihdego, Y. and Webb, J.A. 2011. Modeling of bore hydrograph to determine the impact of climate and land-use change in a temperate sub humid region of southeastern Australia. Hydrogeology Journal. 19: 877-887.
Zarei, A.R., Moghimi, M.M. and Koohi, E. 2021. Sensitivity assessment to the occurrence of different types of droughts using GIS and AHP techniques. Water Resources Management. 35(11): 3593-3615