بخشی از مقاله
بررسی اثر اقدامات آبخیزداری(مکانیکی) بر کاهش دبی اوج سیلاب با بهره گیری از مدل hec-hms (مطالعه موردی: حوزه آبخیز نهند آذربایجان شرقی)
چکیده
ارزیابی پروژه های آبخیزداری امروزه از بنیادی ترین مسائلی است که در کشورها به منطور برنامه ریزی های آینده در زمینه طرحهای اجرایی و مدیریت منابع طبیعی انجام می گیرد . با توجه به پیشینه طولانی اجرای پروزه های آبخیزداری در کشور لزوم ارزیابی فعالیتهای انجام شده و بررسی تأثیرات مورد نظر این طرحها اقدامی ضروری می باشد، اما نبود تجهیزات لازم به منظور ثبت تغییرات رخداده در بسیاری از حوضه ها باعث دشواری کار شده است. امروزه بهره گیری از قابلیت مدلهای هیدرولوژیک به منظور همانند سازی اثرگذاری های فعالیتهای مدیریتی در فرایند تصمیم گیری نقش تعیین کننده ای به خود گرفته است 2005)، Roo (et al از میان این مدلها در این تحقیق از مدل ریاضی hec-hms برای شبیه سازی فرایند بارش رواناب حوزه استفاده شده است. و به این نتیجه رسید که سازه های احداث شده در دوره بازگشت 2 سال نسبت به دوره بازگشت های بالا تأثیر بیشتری داشته است و درصد دبی اوج در دوره بازگشت 2 و 100 ساله به میزان 17/82-46/42 تغییر داشته و حجم سیل به میزان 25/86-45/48 درصد کاهش یافته است.
واژههای کلیدی: اقدامات آبخیزداری، مدل HEC-HMS ، فرایند بارش-رواناب، نهند
-1 مقدمه
سیل یکی از رویدادهای طبیعی است که هرساله موجب تلفات انسانی،دامی و خسارت به ساختمانها،تأسیسات، باغات، کشتزارها و منابع طبیعی می شود. در بررسی مسیل های خسارت آفرین طی 50 سال((1320-1370 تعداد 3700 مورد مسیل خسارت بار به ثبت رسیده است( سلطانی و اختصاصی، .(1392 کنترل و مهار آبهای سطحی علاوه بر جلوگیری از خسارات ناشی از سیل می تواند در بهبود وضعیت کشاورزی موثر باشد. امروزه با پیشرفت علوم کامپیوتری و نرم افزاری بررسی کمی تاثیر پروژه ها به وسیله اندازه گیری پارامترهای موثر در آن و مطالعه چگونگی دستیابی به اهداف اصلی و فرعی جزء اصول اساسی ارزیابی پروژه ها به نظر میرسد که ارزیابی پروژههای آبخیزداری نیز با توجه به هدف، حجم کار و هزینه بالای آن از این قاعده مستثنا نیست. ارزیابی پروژه های آبخیزداری امروزه از بنیادی ترین مسائلی است که در کشورها به منطور برنامه ریزی های آینده در زمینه طرحهای اجرایی و مدیریت منابع طبیعی انجام می گیرد. با توجه به پیشینه طولانی اجرای پروزه های آبخیزداری در کشور لزوم ارزیابی فعالیتهای انجام شده و بررسی تأثیرات مورد نظر این طرحها اقدامی ضروری می باشد، اما نبود تجهیزات لازم به منظور ثبت تغییرات رخداده در بسیاری از حوضه ها باعث دشواری کار شده است. امروزه بهرهگیری از قابلیت مدلهای هیدرولوژیک به منظور همانند سازی اثرگذاریهای فعالیتهای مدیریتی در فرایند تصمیم گیری نقش تعیین کننده ای به خود گرفته است(2005، Roo (et al از میان این مدلها در این تحقیق از مدل ریاضی hec-hms برای شبیه سازی فرایند بارش رواناب حوزه استفاده شده است. بررسی های مختلفی با این هدف انجام شده است از آن جمله قاضی محله و همکاران((1384،عملکرد سازه چند منظوره نوکنده استان گلستان در مهار سیلاب و کاهش دبی اوج سیلاب را بررسی نمودند. پارامترهای موردنظر برای اجرای مدل HEC-HMS در شرایط قبل و بعد از احداث مخازن مربوط به بارش یک ساعته به مدل معرفی شد. نتایج حاصل از اجرای مدل نشان داد که مخازن احداث شده در کاهش دبی اوج سیلاب ورودی موثرند و از 40 درصد تا 83 درصد از دبی اوج را در دوره بازگشتهای مختلف کاهش میدهند.
تیموری و همکاران((1389 تاثیر عملیات آبخیزداری در ارزیابی کاهش وقوع سیل با تاکید بر توجیه اقتصادی عملیات بیولوژیکی انجام گرفته در حوزه کلیدر را بررسی نمودند.ارزیابی درصد کاهش دبی اوج سیل به روش SCS با شماره منحنی متوسط حوزه برای دوره بازگشتهای 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله برای تمامی زیرحوزه ها انجام شد.با توجه به عملیات اجرا شده مشخص شد که سهم عملیات در کاهش سیل در کل حوزه برا دوره بازگشتهای مربوطه به ترتیب 31,3، 26,1 ، 26,5 ، 23، 20,9 و 19,1 درصد بوده است. نتایج نشان میدهد که سهم عملیات آبخیزداری و بخصوص پروژه های بیولوژیکی در کنترل و کاهش سیل و همچنین افزایش تاج پوشش گیاهی جهت حفاظت خاک قابل توجه بوده است.
سلطانی((1389 تاثیر عملیات سازه ای اجرا شده(سدهای اصلاحی) بر دبی اوج منشاد را بررسی کردند. در این تحقیق روند تغییر اثر اقدامات آبخیزداری با افزایش دوره بازگشت سیلاب مورد بررسی قرار گرفته است. عکس العمل هیدرولوژیک آبخیز منشاد در دو بازه قبل و بعد از اجرای عملیات آبخیزداری با مدل هیدرولوژی شبیه سازی شده است.نتایج نشان میدهد که در اثر اجرای عملیات، درصد دبی اوج در دوره بازگشت 2-100 سال به میزان 6,95-14,14 تغییر داشته است و حجم سیل نیز 4,93- 10,38 درصد کاهش یافته است. بطور متوسط 9,82 درصد از دبی اوج و 7,75 درصد از حجم سیل در اثر عملیات مکانیکی اجرا شده در حوزه تقلیل یافته است. پس از بررسی اثر عملیات مکانیکی بر زمان تمرکز و زمان تاخیر، دیده شد عملیات مذکور تاثیر چندانی بر بهبود زمان تاخیر آبخیز نداشته است که دلیل آن ناشی از کافی نبودن حجم سازه یا عدم اجرای ان در بعضی از آبراهه ها است.
دستورانی و همکاران((1391 تأثیر سدهای رسوبگیر در کاهش دبی سیلاب حوضه آبخیز منشاد یزد را مورد بررسی قرار دادند. برای این منظور از مدل hec-hmsاستفاده کردند و هیدروگراف سیل با دوره بازگشتهای متفاوت 2 تا 100 ساله در سناریوهای
متفاوت که در آنها تهداد سدها در آبخیز متفاوت می باشد شبیه سازی کردند. بر اساس نتایج، سدها در دوره بازگشتهای مختلف بر دبی اوج تأثیر زیادی ندارند هرچند با افزایش تعداد سازه این تأثیر بیشتر می شود.
Yoshikawaa و همکاران((2010 پروژه سد Paddy Field را در بخش کامیهایاشی در ژاپن را مورد ارزیابی قرار دادند. آنها به منظور بررسی کاهش حجم دبی و کاهش خسارات سیل از ترکیب آنالیزهای هیدرولوژی و روندیابی سیل استفاده نمودند. نتایج نشان داد که سازه کنترل سیل، دبی را به میزان 26 درصد کاهش داد و بدین ترتیب موثر بودن سازه تایید شد.
علی و همکاران((2011 به منظورشبیه سازی تاثیر تغییر کاربری اراضی بر رواناب سطحی از حوضه لانهای اسلام آباد پاکستان با ترکیب مدل های تجربی و مدل های بارش رواناب HEC-HMS انجام شد نتایج مطالعه نشان دهنده انسجام خوب بین شبیه سازی و اندازه گیری هیدروگراف بود که از اطلاعات آن می تواند به عنوان یک ابزار مفید برای مطالعات آینده کاربری اراضی استفاده کرد.
مجیدی و همکاران (2011) در حوضه آبخیز abnama در جنوب ایران فرایند بارش-رواناب را با استفاده از روش گرین-امپت و مدل hec-hms شبیه سازی کردند. شبیه سازی بارش-رواناب را برای 5 وقایع انجام دادند.نتایج اولیه برای 4 وقایع نشان داد که تفاوتی بین هیدروگرافهای شبیه سازی شده و مشاهده شده وجود دارد. زمان تأخیر پارامتر حساس این زیر حوضه بوده ست. بنابراین مدل کالیبره شد و اعتبار یابی مدل بببا مقدار زمان تاخیر بهینه شده، تفاوت 9,1 درصد را بین هیدروگرافهای شبیه سازی شده و مشاهده شده نشان داد و همبستگی بین آنها(( 2= 0.86 است که قابلیت مدل را در شبیه سازی هیدرولوژیک در حوضه آبنما نشان داد.
-2 مواد و روشها
-1-2 معرفی منطقه مورد مطالعه
1-1-2 موقعیت جغرافیائی محدوده مطالعاتی نهند چایْ
رودخانه نهندچای از رودخانه های مهم استان آذربایجان شرقی به شمار می آید که با وسعتی برابر 198,56 کیلومتر مربع در شمال حوضه دریاچه ارومیه قرار گرفته است.
از نظر تقسیمات کشوری حوضه سد نهند در شمال شرق شهرستان تبریز، شمال غرب شهرستان هریس و جنوب شهرستان ورزقان واقع شده است که روستاهای گوی بلاغ بالا، گوی بلاغ پایین، مشیرآباد، قره قیه، مشک عنبر، صمصام کندی، بورون درق، خلف انصار، قشلاق بالا، قشلاق پایین، حشمت آباد، چمن زمین، محمودآباد گودلر و نهند از مراکز جمعیتی این محدوده میباشد.
محدوده مورد مطالعه حوزه آبخیز نهند در 10، 20، 46 الی 27، 34، 46 طول جغرافیایی شرقی و
39، 14، 38 الی 05، 29، 38 عرض جغرافیایی شمالی واقع شده است.
-3 روش تحقیق
به منظور بررسی اثر سازه بر کاهش دبی اوج سیلاب از مدل hec-hms استفاده شد این مدل بر اساس بارش-رواناب بنا شده است روش بارش رواناب یکی از روش های مفهومی برای استخراج هیدروگراف و دبی حداکثر لحظه ای سیلاب ها می باشد.(USCA،(2000 در این مدل ابتدا با استفاده از دادههای تاریخی بارندگی و هیدروگراف سیلابهای مشاهده ای مشخصات فیزیکی مورد استفاده در محاسبات، واسنجی و ارزیابی شده، سپس برای شرایط بارندگیهای طراحی، هیدروگراف سیلابهای طراحی محاسبه می شود . مهم ترین محاسبات داخلی در مدل HEC-HMS شامل محاسبات تلفات، انتقال، برآورد دبی پایه حوزه و روندیابی در بازه ها و مخازن است ؟در تحقیق حاضر اطلاعات سیلابها مربوط به ایستگاه هیدرومتری دره( واقع در محل خروجی حوزه)، و اطلاعات بارش از ایستگاه ثبات کمانج در مجاور حوزه استخراج شد. در بخش تلفات، روش SCS و در بخش
انتقال، روش هیدروگراف واحد SCS استفاده شد ؟برای تبدیل بارش به رواناب در زیرحوزه ها از روش SCSاستفاده شد. بدین صورت مدل برا رگبارهای قبل و بعد از سازه اجرا و نتایج مقایسه شد. همچنن مدل برای دوره دوره بازگشت های مختلف 2 تا 100 سال اجرا شد.
-4 بحث و نتایج
به منظور بررسی اثر سازه ها در دو بازه زمانی قبل و بعد از احداث سازه ها ابتدا مقدار شماره منحنی وزنی برای هرزیر حوزه بدست آمد. بر اساس نتایج آنالیز حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامترها مقادیر شماره منحنی و تلفات اولیه بعنوان حساسترین پارامتر انتخاب شد. بنابراین این دو پارامتر برای واسنجی مدل انتخاب شد. شکل((1 منحنی تغییر دبی اوج به ازای تغییر در درصد پارامتر ها را نشان می دهد.
شکل(1 )منحنی تغییر در دبی اوج به ازای تغییر در پارامترها
با استفاده از پارامترهای بهینه شده که در جدول((1 آورده شده، مدل با سه رویداد دیگر مورد اعتبار یابی قرار گرفت.شکل((2 نمونه ای از هیدروگراف مشاهده شده و شبیه سازی شده در رویداد 1383/2/3/4-5 پس از اعتبار سنجی را نشان میدهد.
