از دو دهه قبل تاکنون بیش از ۱۰۰چاه کارستی در منطقه غرب ایران حفاری شده است که در تامین آب در شرایط اضطراری و بحران راهگشا بوده‌ است ولی متخصصان حوزه آب‌های کارستی بر این باورند که "کارست" برای ماندن به جایگاه رسمی با متولی مشخص و توانمند نیاز دارد؛ در غیر این صورت اگر اقدام به برداشت بدون مدیریت شود، نتایج مهیب آن در دهه‌های آینده رخ نشان خواهد داد.  توسعه پایدار زمانی رخ می‌دهد که در اجرای عملیات عمرانی، آینده‌ای مطلوب برای جوامع بشری تصور شود به گونه‌ای که در آن شرایط زندگی و استفاده از منابع، بدون آسیب رساندن به یکپارچگی، زیبایی و ثبات نظام‌های حیاتی، نیازهای انسان را برطرف می‌سازد.

برای چندین دهه نرم‌افزار MIKE از شرکت DHI استاندارد‌هایی را برای آنچه در مدل‌سازی آب امکان‌پذیر است را تعیین کرده و اکنون اینه شرکت این محصول خود را معرفی کرده است که با ویژگی‌های جدید و فراوان آن، بسیاری از امکانات جدید را فراهم می‌کند که کار شما را حتی بیشتر تسهیل می‌کند. MIKE تمام چرخه‌های محیط‌های آبی را به شیوه‌ای بسیار جامع و به همراه ویژگی‌های بیشتر از قبل شامل می‌شود. اگر شما بر روی منابع آبی دریاها، بنادر و سواحل، مدیریت منابع آب، رودخانه‌ها، سیل، شهر‌ها، آب‌های زیرزمینی و یا فاضلاب کار می‌کنید این نرم‌افزار برای نیازهای مدل‌سازی شما طراحی شده است. تقاضا برای ابزارهای پیشرفته و نوآورانه‌ مدل‌سازی به طور مداوم در حال افزایش است و DHI تلاش می‌کند تا در خط مقدم برطرف کردن این نیازها باشد و محصولات و خدماتی را ارائه کند تا با نیازهای مدل‌سازی خاص کاربر مطابقت دارد. در این نسخه از برنامه، مدل‌سازی نرم‌افزار حتی کارآمدتر شده است و از جمله قابلیت استفاده و انعطاف‌پذیری برنامه بهبود یافته است.

Hydraulic Calculator یک ماشین حساب جامع برای مهندسین هیدرولیک است که در ابتدا توسط CE CALC طراحی و توسط Up2Specs Engineering در قالب یک نرم افزار تحت ویندوز منتشر شد. از این نرم افزار برای انجام محاسبات رایج در طراحی‌های هیدرولوژی مانند شدت بارش، حجم خروجی آب حاصل از طوفان و زمان تجمع منابع آبی استفاده می‌شود. از دیگر قابلیت‌های این نرم افزار می‌توان به انجام محاسبات طراحی جمع‌آوری و نگه‌داری آب حاصل از بارش، طراحی کانال‌های خروجی فاضلاب، کانال‌های باز، طراحی مجرای آب زیر جاده مخصوص بزرگراه‌ها، طراحی فاضلاب بر پایه نیروی گرانش و محاسبات توزیع آب نظیر سیستم‌های پمپاژ، فشار لوله‌های انتقال، تعداد خطوط و نیروی چاه اشاره کرد.

WMS محصول قدرتمند شرکت Aquaveo نرم افزاری تخصصی در زمینه مدل‌سازی حوضه‌های آب‌خیز و منابع آب زیر زمینی بوده که توانسته است طیف کاملی از ابزارهای مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل منابع آبی را برای تمامی فازهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی در یک محیط واحد ارائه دهد. این نرم افزار ابزارهای قدرتمندی برای مدل‌سازی فرایندهای خودکار شامل استخراج اتوماتیک حوزه آب‌خیز، محاسبه پارامترهای هندسی، محاسبه همپوشانی لایه‌ها در GIS، استخراج مقطع عرضی از داده‌های عوارض زمین و طراحی سیستم‌های لوله‌کشی مقابله با طوفان به مهندسین ارائه می‌کند.

AquaChem یکی از محصولات شرکت بزرگ و نام آشنای Schlumberger است که برای کسانی که با داده‌های آب‌های زیرزمینی سر و کار دارند طراحی شده و کارایی آن برای پروژه‌هایی است که نیاز به مدیریت، تجزیه و تحلیل و گزارش داده‌های کیفیت آب‌های زیرزمینی دارند. ابزار تجزیه و تحلیل AquaChem طیف گسترده‌ای از کارایی‌ها و محاسبات مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل، تفسیر و مقایسه داده‌های کیفیت آب را پوشش می‌دهد. این ابزار شامل تبدیل ساده‌ی واحد‌ها، تعادل شارژ, آمارگیری و مخلوط کردن نمونه‌ها برای انجام کارهای پیچیده تر از جمله گرفتن ماتریس همبستگی و محاسبات Geothermometer است. این توانایی‌های تحلیلی قدرتمند با انتخاب گسترده از طرح‌ها و نمودارهای ژئوشیمیایی معمول به کار رفته برای نشان دادن خصوصیات شیمیایی داده‌های کیفیت آب تکمیل می‌شود.

Visual MODFLOW Flex محصول شرکت Waterloo Hydrogeologic و Schlumberger یکی از تخصصی‌ترین نرم افزارهای شبیه‌سازی و آنالیز آب‌های زیرزمینی و انتقال پسماند است. این نرم افزار با ارائه ابزار آنالیز و کالیبراسیون به همراه مصورسازی سه‌بعدی، مهندسان حوزه‌ی آب‌زمین‌شناسی را قادر می‌سازد تا به مطالعه پراکندگی و حرکت آب‌های زیرزمینی در خاک و سنگ‌های پوسته زمین به‌ویژه در سفره‌های آب زیرزمینی بپردازند. پروژه‌های تعریف شده در این نرم افزار قابلیت خروجی Surfer ASCII داشته که امکان ویرایش در محیط‌های دیگر نظیر Surfer و ArcMap و QGIS را فراهم می‌آورد.

AqQA محصول RockWare نرم‌افزاری جهت تجزیه و تحلیل کیفی آب‌های زیرزمینی می‌باشد. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توانید نتایج تحلیل‌های شیمیایی خود را در صفحه گسترده‌ای که به خصوص برای این منظور تهیه شده است نگه دارید. تبدیل واحدهای لازم در داخل همین صفحات گسترده انجام می‌شوند و در آخر پس از بررسی تجزیه و تحلیل‌های به دست آمده می‌‌‌توان نمودار‌های مورد نیاز را در همین صفحه رسم کرد.

Processing Modflow نرم افزاری حرفه ای و پیچیده است که با هدف کمک به شبیه سازی جریان آب های زیرزمینی از طریق سفره های آب و ایجاد مدل های ویژوال از آن ها ایجاد شده است. بکارگیری این نرم افزار می تواند برای متخصصان ای حوزه که در مؤسسات تحقیقاتی و شرکت های مشاوره فعالیت دارند، یا افرادی که در این حیطه به تحقیق و آموزش در محیط های آموزشی مشغول هستند، بهترین راه حل محسوب شود. باید یه این نکته نیز توجه شود که Processing Modflow یک نرم افزار پیشرفته است که برای استفاده کارآمد از آن بایستی دانش لازم در این حوزه را کسب نموده باشید و با تکنیک های موجود در این زمینه آشنا باشید تا بتوانید از عناصر، ابزارها و توابع پیشرفته ای که هریک عملیات خاصی را انجام می دهند به خوبی استفاده کنید.

GMS Premium محصول شرکت کمپانی Aquaveo نرم افزاری با رابط کاربری گرافیکی و کاملاً قابل فهم است که قابلیت‌های فراوانی را در زمینه مدل‌سازی و شبیه‌سازی سه‌ بعدی آب‌های زیرزمینی در اختیار کاربرانش قرار می‌دهد. مدل‌های سه‌ بعدی ساخته شده توسط این نرم افزار در واقع سیستم واقعی آب‌های زیرزمینی را شبیه‌سازی می‌کند تا کاربر قادر به تجزیه و تحلیل، مدیریت و همچنین بررسی کنش‌ها و واکنش‌ها در یک سیستم هیدرودینامیکی باشد.

صحبت‌های اخیر وزیر نیرو درباره استفاده از منابع آب ژرف با انتقاد برخی کارشناسان مواجه شده چراکه به اعتقاد آنها این موضوع ابعاد مختلفی دارد که در شرایط فعلی نمی توان به آن ورود کرد. براساس مستندات علمی موجود، آب‌های ژرف شامل آب‌های زیرزمینی است که در عمق بیش از ۱۵۰۰ متری زمین قرار دارد. البته برخی کارشناسان آب‌های پایین‌تر از عمق ۳۰۰ متری زمین را آب ژرف می‌دانند، چراکه به سادگی قابل دستیابی نیست. هرچند بخشی از این آب‌ها، به عنوان آب‌های فسیلی چندین هزار ساله و تجدیدناپذیر شناخته می‌شود، اما تحقیقات علمی نشان می‌دهد حجم عظیمی از آب‌های ژرف، قابل استفاده است.

خشکسالی تقریباً بر همه ابعاد محیط و جامعه تأثیر می گذارد و به طور مستقیم بر دستیابی به اهداف توسعه پایدار تأثیر می گذارد. شرایط خشکسالی غالباً تا زمانی که کمبود آب شدید نشود و تأثیرات نامطلوب بر محیط زیست و جامعه آشکار شود، قابل توجه نیست. تاثیرات خشکسالی ممکن است تحت تأثیر بافرهای سازگار (مانند ذخیره آب یا خرید خوراک دام) قرار گیرد یا مدت طولانی پس از عادی شدن بارندگی (به عنوان مثال به دلیل کمبود آب زیرزمینی یا مخزن) ادامه یابد. همانطور که در کادر 3.1 توضیح داده شده است، توسعه آهسته و مدت طولانی خشکسالی، از جمله ویژگی های دیگر، ممکن است با تأثیرات فراتر از تلفات کشاورزی مشترک همراه شده و کمی و تعیین اثرات خشکسالی را پیچیده کند.

خشکسالی یک ویژگی مکرر در همه اقلیم ها است و عموماً با توجه به میانگین آب و هوای بلند مدت یک منطقه مشخص می شود. با توجه به ماهیت پیچیده خشکسالی، تعریف آنها در مناطق اقلیمی متفاوت است و به طور سنتی در بخش های آسیب دیده و رشته های علمی متفاوت است. بنابراین مقایسه ویژگی های خشکسالی در زمان و مکان دشوار است.

آبهای زیرزمینی منبع مهم آب شیرین برای تامین آب خانگی و آبیاری کشاورزی است. آبهای زیرزمینی حدود 38 تا 50 درصد از نیاز آبی جهانی آبیاری را تشکیل می دهند و تا حدی نیازهای داخلی یک سوم تا نیمی از جمعیت جهان را برآورده می کند. آبهای زیرزمینی همچنین به عنوان یک بافر مهم برای ارضای نیازهای انسانی و کشاورزی در طول خشکسالی عمل می کند. با این حال، پمپاژ شدید منجر به کاهش قابل توجه سطح آبهای زیرزمینی در چندین منطقه، اغلب نیمه خشک تا خشک، در جهان شده است. نمونه هایی از این مناطق شامل بخش هایی از استرالیا، دره مرکزی کالیفرنیا، شمال شرقی چین، شمال غربی و شمال شرقی هند، خاورمیانه و فلات تبتی است به این کاهش منابع آب زیرزمینی، همراه با خشکسالی های متوسط ​​تا شدید، خطرات قابل توجهی برای امنیت آب و غذا به همراه دارد. علاوه بر این، ماهیت ناپایدار آن می تواند منجر به تأثیرات گسترده ای از جمله درگیری بر سر منابع آب شود. پیامدهای زیست محیطی شامل نفوذ آب دریا، فرونشست سطح زمین، کاهش جریان آب، افت کیفیت آب، از دست رفتن چشمه ها و تالاب ها و تخریب زیست محیطی است.

تعاملات انسان و محیط زیست در گسترش خشکسالی

مثالهای ذکر شده در بالا نشان می دهد که خطر خشکسالی، فعالیتهای انسانی، مدیریت خشکسالی و اثرات خشکسالی به شدت در هم تنیده شده اند و خشکسالی ها را نمی توان خطرات کاملاً طبیعی تلقی کرد. به عنوان مثال، کمبود آب زمانی رخ می دهد که تقاضای آب بیشتر از میزان دسترسی به آب باشد - وضعیتی که می تواند در صورت کمبود آب (خشکسالی) یا زمانی که تقاضای زیادی وجود دارد (به عنوان مثال در موج گرما) ایجاد شود. علاوه بر این، یکی از اهداف مدیریت آب از نظر تاریخی کاهش خشکسالی با تمرکز بر ذخیره آب برای غلبه بر دوره های خشک و تأمین آن در مناطق خشک بوده است. با این حال، پیامدهای ناخواسته ای از فعالیت های انسانی بر خشکسالی وجود دارد، به عنوان مثال، اثرات تغییر کاربری زمین و برداشت بیش از حد آب. سیستم های اقتصادی اجتماعی تحت تأثیر خشکسالی قرار دارند و همچنین محرک خشکسالی هستند. بخش 1.3 در زیر این تأثیرات را مورد بحث قرار می دهد. درک و افزایش آگاهی از نقش جامعه به عنوان محرک خشکسالی و تعاملات پیچیده بین جامعه و خشکسالی برای کاهش اثرات خشکسالی بسیار مهم است.

عوامل مخدوش کننده خشکسالی: خطرات ترکیبی

هنگامی که خطرات مختلف به طور همزمان رخ می دهد، یک عارضه دیگر بوجود می آید. بررسی اخیر توسط Zscheischler و همکاران. (2020) طبقه بندی وقایع آب و هوایی و آب و هوایی مرکب را در چهار گونه پیشنهاد کرد: (1) پیش شرط (پیش شرط تاثیرات را تشدید می کند)، (2) چند متغیره (رانندگان متعدد و یا خطرات منجر به ضربه می شود)، (3) ترکیب زمانی ( پی در پی خطرات منجر به ضربه) و (4) ترکیب فضایی (خطرات در چندین مکان متصل باعث ایجاد اثرات تجمعی می شود). در حالی که مرزهای بین این انواع مبهم است، طبقه بندی پیشنهادی باید به تمایز و مدل سازی تأثیرات رویدادهای مرکب در رشته های مختلف کمک کند.

خشکسالی ها معمولاً خطرات آهسته، متوسط ​​تا طولانی محسوب می شوند و با آب و هوای گرمتر مرتبط هستند، اما خشکسالی هایی وجود دارد که این مفروضات را به چالش می کشد. بنابراین این بخش سه مورد خاص از خشکسالی را معرفی می کند.

تنوع آب و هوا، تغییرات آب و هوایی و روندهای جهانی در خطر خشکسالی

خشکسالی ناشی از تغییر در الگوهای گردش جوی پایدار است که معمولاً با شرایط مرزی جوی به آرامی متغیر است (به عنوان مثال تغییرات دمای سطح دریا، پوشش یخ دریا یا برهم کنش های زمین و جو). نوسان جنوبی ال نینو (ENSO) یکی از منابع اصلی خشکسالی های دوره ای در سطح جهان است، همراه با سایر منابع با فرکانس پایین. چرخه های طبیعی فعل و انفعالات اقیانوس و جو منجر به نوسانات مکرر بین دمای سطح دریا به طور غیرعادی گرم (ال نینو) و سرد (لا نیینا) در اقیانوس آرام استوایی می شود. در طی یک رویداد ENSO، خشکسالی تقریباً در هر نقطه از جهان رخ می دهد، اگرچه محققان قوی ترین ارتباطات بین ENSO و خشکسالی شدید را در استرالیا، برزیل، هند، اندونزی، فیلیپین، مناطق مختلف ایالات متحده آمریکا، بخش هایی از شرق پیدا کرده اند. و جنوب آفریقا و آمریکای مرکزی و جزایر حوزه غربی اقیانوس آرام (از جمله هاوایی).

خشکسالی ها با شاخص های خشکسالی مخصوص بخش ها، که معمولاً از متغیرهای آب و هوایی مانند بارش، تعادل آب و هوایی، رطوبت خاک، جریان و سطح آبهای زیرزمینی نشأت می گیرند، پایش و تعیین می شوند. تأثیرات مرتبط مانند کاهش سبزه و قدرت پوشش گیاهی شاخص های مربوطه هستند. شاخص ها نمایانگر شدت خشکسالی هستند که با استفاده از ورودی های هواشناسی، اقلیم شناسی و هیدرولوژی، از جمله شاخص های ذکر شده در بالا، ارزیابی می شوند. هدف آنها اندازه گیری وضعیت خشکسالی برای یک دوره معین است. همچنین می توان شاخص ها را به عنوان شاخص در نظر گرفت. برای این گزارش، اصطلاح "شاخص" با این درک استفاده می شود که شاخص ها در این تعریف گنجانده شده اند. سازمان جهانی هواشناسی (WMO) و مشارکت جهانی آب (GWP) نمای کلی شاخص ها و شاخص های خشکسالی را که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، منتشر کرده اند.

1.2.1 تعریف خشکسالی

خشکسالی یک ویژگی مکرر در همه اقلیم ها است و عموماً با توجه به میانگین آب و هوای بلند مدت یک منطقه مشخص می شود. با توجه به ماهیت پیچیده خشکسالی، تعریف آنها در مناطق اقلیمی متفاوت است و به طور سنتی در بخش های آسیب دیده و رشته های علمی متفاوت است. بنابراین مقایسه ویژگی های خشکسالی در زمان و مکان دشوار است.

خشکسالی یکی از پیچیده ترین و شدیدترین خطرات مربوط به اقلیم است که دارای تأثیرات گسترده در جوامع، اکوسیستم ها و اقتصادها است. آنها مکرر هستند، می توانند از چند هفته تا چند سال دوام بیاورند و بر مناطق وسیعی از مردم در سراسر جهان تأثیر می گذارد. خشکسالی در طول تاریخ به دلیل تنوع طبیعی آب و هوا رخ داده است.

این مجموعه داده - HYSOGs250m - نشان دهنده مجموعه داده های مشبک جهانی از شبکه های هیدرولوژیکی خاک (HSGs) با وضوح جغرافیایی 1/480 درجه اعشاری، مربوط به وضوح پیش بینی شده تقریبا 250 متر است. این داده ها برای پشتیبانی از مدل سازی رواناب شماره منحنی بر اساس USDA در مقیاس منطقه ای و قاره ای توسعه یافته است. طبقه بندی HSG ها از کلاس های بافت خاک و عمق تا سنگ بستر تهیه شده توسط سیستم غذایی و کشاورزی سازمان خاک و شبکه 250 متر است. یک فایل داده از گروههای هیدرولوژیکی خاک (HSGs) با وضوح 250 متر در قالب GeoTIFF با این مجموعه داده ارائه شده است. اسکریپت R مورد استفاده برای تولید مجموعه داده به عنوان یک فایل همراه است.

خطرات ناشی از خشکسالی برای جوامع، اکوسیستم ها و اقتصادها بسیار بزرگتر و عمیق تر از اندازه گیری است. تأثیرات به طور نامتناسب توسط آسیب پذیرترین افراد تحمل می شود. تأثیرات خشکسالی در جوامع گسترده است - آنها در مناطق وسیعی به هم متصل می شوند، از طریق سیستم های اجتماعی و فنی در مقیاس های مختلف، و در طول زمان ادامه می یابند. عدم آگاهی از چنین ویژگی هایی، از جمله دست کم گرفتن مداوم هزینه اثرات خشکسالی، می تواند منجر به واکنش ناکارآمد و شکست سیستمیک شود. با درک جنبه های شبکه ای جهانی خشکسالی و سایر خطرات پیچیده، تغییرات مورد نیاز برای کاهش خطر و بهبود تجربه خشکسالی امکان پذیر می شود. این گزارش ارزیابی جهانی در مورد کاهش خطر بلایای طبیعی (GAR) در مورد خشکسالی 2021 با هدف برداشتن گامی روشن در جهت ایجاد این آگاهی انجام می شود.