بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از تکنیک سنجش از دور (RS)، سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تصاویر ماهوارهای میتواند برای محاسبه شماره منحنی حوضه بسیار مفید باشند. در مطالعهی حاضر هدف تهیه نقشههای شماره منحنی سالهای 1369 و 1388 حوضهی آبریز ابوالعباس و بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی بر میزان شماره منحنی منطقهی مورد مطالعه میباشد. بنابراین ابتدا نقشههای کاربری اراضی سالهای 1369 و 1388 حوضه با استفاده از تصاویر ماهوارهای لندستTM/ و الگوریتم طبقهبندی شبکه عصبی مصنوعی در هشت کلاس کاربری اراضی تهیه شدند. در ادامه نقشههای تهیه شده به صورت یک لایهی اطلاعاتی وارد محیط GIS شده و سپس هر یک از این نقشهها جهت تهیهی نقشه شماره منحنی سالهای 1369 و 1388 منطقه، با نقشه گروه هیدرولوژیک خاک در محیط GIS و با استفاده از الحاقیهی HEC-Geo-HMS تلفیق شدند. نتایج حاصله نشان داد که در شرایط رطوبتی متوسط، میانگین وزنی شماره منحنی حوضه آبریز ابوالعباس در سال 1369 و 1388 به ترتیب 71/4 و 72/6 میباشد و به علت تغییرات کاربری اراضی، که در حوضهی مورد مطالعه در جهت کاهش سطح جنگل و افزایش سطوح مراتع و مناطق مسکونی اتفاق افتاده است مقدار شمارهی منحنی حوضه در دورهی زمانی مورد مطالعه 1/2 واحد افزایش یافته است.
واژههای کلیدی: شماره منحنی، تغییرات کاربری اراضی، سنجش از دور، سیستم اطلاعات جغرافیایی، تصاویر ماهوارهای.
1
مقدمه
باران یکی از رایجترین حوادث در هیدرولوژی میباشد. درک روابط عمومی بین بارش و رواناب و رسوب برای مدیریت موثر و استفاده از منابع آب و برنامهریزی حفاطت خاک بسیار مهم است. در بسیاری از حوضهها در ایران به تعداد کافی ابزار اندازهگیری برای ثبت بارش و رواناب وجود ندارد .[2] بنابراین برنامهریزان و پژوهشگران در حوضههای ایران با کمبود دادههای ثبت شدهی قابل اعتماد روبهرو هستند و برای تجزیه و تحلیل هیدرولوژی حوضهها با مشکل روبهرو میشوند. چندین روش برای تخمین رواناب در حوضههای بدون اندازهگیری وجود دارد برای مثال مدل آبخیز دانشگاه بیریتش کلمبیا (UBCWM)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، روش شماره منحنی رواناب (SCS -CN) SCS و هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفولوژی .[5] (GIUH) روش شماره منحنی یکی از کاربردیترین روشهای برآورد رواناب و دبی اوج در حوضههای آبریز میباشد. این روش به دلیل سادگی و راحتی اغلب به منظور برآورد رواناب حاصل از رویدادهای بارش استفاده می شود. شماره منحنی به نوع خاک و اثرات تغییر کاربری اراضی و پوشش زمین و شرایط هیدرولوژیکی بستگی دارد. این روش علاوه بر مزایای آن داری اشکالاتی نیز میباشد که عبارتند از: -1 حساسیت روش به مقدار و ارزش شماره منحنی-2 ثابت نگاه داشتن نسبت گیرش اولیه- 31 عدم راهنمایی روشن در مورد چگونگی متفاوت بودن شرایط رطوبتی سابق .[10] (AMC) با وجود چنین مشکلاتی، سازمان حفاظت خاک آمریکا که در حال حاضر سازمان حفاظت منابع طبیعی نامیده شده است، روش شماره منحنی رواناب را محبوبترین روش برای محاسبه رواناب سطح معرفی کرده است 6] و .[11 در این روش، همان طور که از نام آن پیداست، تعیین شماره منحنی که تابعی از ویژگیهای خاک، کاربری اراضی و پوشش گیاهی است، ضروری میباشد. استفاده از تکنیک سنجش از دور( RS) 2 و تصاویر ماهوارهای میتواند بخش عمدهای از اطلاعات موردنیاز را برای رفع این خلأ برطرف نماید، بخصوص مواردی که مرتبط با کاربری اراضی و پوشش حوضه میباشد، همچنین تکنیک سامانه اطلاعات جغرافیایی(GIS) 3 نیز میتواند برای محاسبه شماره منحنی حوضه بسیار مفید باشد زیرا محاسبه دستیCN بخصوص برای مناطق و حوضههای بزرگ بسیار زمان بر و پر هزینه میباشد .[7] محققان بسیاری در مطالعات خود از این تکنیکها، جهت تعیین شماره منحنی و در نتیجه محاسبه رواناب مستقیم حوضه در نقاط مختلف جهان استفاده نمودهاند.
دوال [7] در مطالعهای نقشهی شماره منحنی حوضهی داروادی در هند را با استفاده از نقشهی کاربری اراضی تهیه شده از تصاویر ماهواره ای IRS با فنآوری سنجش از دور، و نقشهی گروه هیدرولوژیک خاک منطقه در محیط GIS تهیه کرد. سپس با محاسبهی میانگین وزنی شماره منحنی برای کل حوضه و دادههای بارش روزانهی منطقه، رواناب سطحی حوضه با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی محاسبه گردید.
گیتکا و رانجان [8] در مطالعهای به بررسی کاربرد روش NRCS-CN با استفاده از GIS و RS در میکروحوضه بوریگانگا پرداختند. آنها در این مطالعه از سیستم اطلاعات جغرافیایی و تصاویر ماهوارهی IRS(LISS IV) سال 2006 برای تهیهی نقشه شماره منحنی منطقه استفاده کردند سپس با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT به برآورد عمق رواناب حاصل از رویدادهای منتخب در میکروحوضه پرداختند، نتایج نشان داد که روشهای مبتنی بر سیستمهای اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور میتوانند برای برآورد رواناب حوضهی بوریگانگا بسیار موفقیت آمیز باشند.
سانیال و همکاران [9] در مطالعهای از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS ( NRCS-CN) برای بررسی تغییرات کاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوضهی آبریز کنر در هند در دوره زمانی 1976-2003 پرداختند. بدین منظور آنها ابتدا نقشههای کاربری اراضی سالهای 1976 و 2004 را به ترتیب با استفاده از تصاویر ماهوارهای MSS و TM و به کمک فن آوری سنجش از دور تهیه کردند. سپس این نقشه ها با نقشه گروه هیدرولوژیک خاک و جدول LOOKUP در GIS به منظور تهیهی نقشه شماره منحنی منطقه در هریک از سالهای مورد نظر ترکیب شدند.
1 Initial Abstraction 2 Remote Sensing (RS) 3 Geographic Information (GIS)
2
ناصری و علی پور [12] در مطالعهای نقشه شماره منحنی حوضه آبریز کپتیو تهران را به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی و فنآوری سنجش از دور تهیه کردند و در نتیجه مقدار میانگین وزنی شماره منحنی را برای هر زیر حوضه محاسبه کردند. سپس دبی حداکثر سیلاب محاسبه شده به کمک شماره منحنی تخمین زده شده با حداکثر دبی سیلاب اندازهگیری شده در خروجی حوضه محاسبه گردید و صحت شماره منحنی تخمین زده شده، تایید گردید.
یعقوب زاده و همکاران [4] در مطالعهای نقشه شماره منحنی رواناب حوضهی آبریز منصورآباد بیرجند را با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و تصاویر ماهوارهای لندست (ETM+) تهیه کردند و برای ارزیابی صحت شماره منحنی تخمین زده شده از دادههای اندازهگیری بارندگی و سیلاب حوضه مورد مطالعه استقاده کردند و سپس شماره منحنی تخمین زده شده با شماره منحنی محاسبه شده بر اساس داده های مشاهداتی مقایسه شد. میزان RMSE و MRE به ترتیب برابر 3/57 و 0/5 محاسبه شد که بیانگر صحت تحقیقات می باشند.
محمدی و همکاران [1] در مطالعهای جهت محاسبهی رواناب مستقیم از تکنیک GIS و روش NRCS-CN استفاده کردند. در این مطالعه از ابزار Arc-CN-Runoff جهت تهیه نقشه شماره منحنی و ارتفاع رواناب استفاده گردید. سپس با استفاده از دادههای مشاهداتی و دادههای محاسباتی و با روشهای آماری مختلف دقت GIS در برآورد ارتفاع رواناب با استفاده از شماره منحنی ارزیابی گردید. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که GIS و ابزار Arc-CN-Runoff جهت برآورد رواناب خروجی از حوزههای آبخیز دارای دقت بالایی میباشند.
