ارزیابی و پیش‌بینی خشکسالی‌های آب زیرزمینی با استفاده از شاخص GRI و مدل‌های زنجیره مارکف مرتبه اول تا سوم (مطالعه موردی: دشت بروجن)

سابقه و هدف: مدیریت منابع آب بخصوص آب‌های زیرزمینی در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از موارد مهم در مدیریت بهینه منابع آب پیش‌بینی شرایط خشکسالی می باشد. آب‌های زیرزمینی بعنوان منبع اصلی تأمین آب مصرفی در بخش‌های کشاورزی، صنعت و شرب در دشت‌ بروجن محسوب می‌شود. از این‌رو، بررسی وضعیت خشکسالی منابع آب زیرزمینی در برنامه‌ریزی و مدیریت پایدار این منابع بسیار حائز اهمیت است. تاکنون روش‌های مختلفی توسط محققان برای پیش‌بینی انواع مختلف خشکسالی‌ها توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از این روش‌ها پیش‌بینی وضعیت رطوبتی با زنجیره مارکف می‌باشد. در اغلب مطالعات پیشین در زمینه پیش‌بینی خشکسالی‌ها، از زنجیره مارکف مرتبه اول و دوم استفاده شده است. در پژوهش حاضر، خشکسالی‌های آب زیرزمینی در دشت بروجن در طی سال‌های 1364 تا 1394 مورد ارزیابی قرار گرفت و شرایط رطوبتی این دشت با استفاده از زنجیره مارکف مرتبه سوم پیش‌بینی شد. مواد و روش‌ها: به منظور ارزیابی خشکسالی‌های آب زیرزمینی دشت بروجن مقادیر شاخص GRI در مقیاس‌های زمانی 1، 3، 6 و 12 ماهه محاسبه شد. بدین منظور، از آمار تراز آب زیرزمینی 13 چاه مشاهده‌ای در دشت بروجن در دوره 31 ساله (94-1364) استفاده شد. برای پیش‌بینی مقادیر شاخص GRI در ماه‌های آتی در دشت بروجن از روش زنجیره مارکف با مرتبه‌های اول، دوم و سوم استفاده گردید و عملکرد این مدل با روش جدول توافقی مورد ارزیابی قرار گرفت. بعد از تهیه جدول توافقی برای زنجیره مارکف مرتبه اول، دوم و سوم، مقادیر آماره‌های CSI، POD و FAR محاسبه شد. مقدار CSI برای دشت بروجن در مقیاس‌های زمانی یک، سه و شش و دوازده ماهه برای مدل مارکف مرتبه اول بترتیب برابر برابر 58/0، 50/0، 1 و 1، برای مدل مارکف مرتبه دوم در مقیاس‌های زمانی یک، سه و شش ماهه بترتیب برابر 45/0، 33/0 و 1 و برای مارکف مرتبه سوم در مقیاس‌های زمانی یک، سه و شش ماهه به ترتیب برابر 40/0، 38/0 و 1 بدست آمد که نشانگر مهارت متوسط روش پیشنهادی در مقیاس یک و سه ماهه پیش‌بینی شرایط رطوبتی و مهارت خوب آن در مقیاس شش ماهه پیش‌بینی شرایط رطوبتی بود. همچنین نقشه های پهنه‌بندی شاخص GRI در این دشت با انتخاب مناسب‌ترین روش درونیابی، ترسیم گردید. یافته‌ها: نقشه پهنه‌بندی شاخص GRI در دشت بروجن نشان می‌دهد قسمت‌های میانی دشت اغلب با خشکسالی شدید مواجه شده است. مقایسه عملکرد مرتبه‌های مختلف زنجیره مارکف در پیش‌بینی شرایط رطوبتی دشت بروجن بر اساس آماره‌های CSI، POD و FAR نشان داد که روش زنجیره مارکف مرتبه اول از دقت بیشتری در پیش‌بینی مقادیر شاخص GRI در تمام مقیاس‌های زمانی برخوردار بوده است، لذا از آن می‌توان برای پیش‌بینی خشکسالی آب زیرزمینی دشت بروجن استفاده کرد. نتیجه گیری: نتایج حاصل از بررسی شاخص GRI در دشت بروجن نشان داد که در دوره زمانی مورد بررسی، دوره خشکسالی آب زیرزمینی در سال 1387 شروع شده است. به طور کلی خشکسالی‌های شدیدی که در سال‌های اخیر به دلیل کاهش نزولات جوی رخ داده است، به همراه اضافه برداشت از چاه‌های موجود در دشت، منطقه را با بحران شدید کاهش سطح آب زیرزمینی مواجه کرده که کاهش کیفیت آب و فرونشست زمین را در پی دارد.