بخشی از مقاله
خلاصه
محاسبه رواناب برای حوضههای فاقد اندازهگیر یک چالش مهم برای محققین و برنامهریزان منابع آب میباشد. ازآنجاییکه با مشخص نمودن این ترم مهم در معادله بیلان آبی میتوان محاسبات لازم برای دیگر ترمهای معادله بیلان مانند میزان تغذیه آبخوانهای زیرزمینی را پیریزی نمود، محاسبه رواناب بهعنوان نقطه شروع بررسیهای هیدرولوژیکی حوضههای آبریز شناخته میشود.
در این تحقیق از مدلهای تجربی SCS-CN و Kennessey برای تولید نقشه ضریب رواناب حوضه آبریز دریاچه ارومیه از سال 2006 استفادهشده است. با توجه به مشکل پخش آب در نزدیکی سطح دریاچه ارومیه و دستخوردگی حوضههای میانی از فعالیتهای کشاورزی سعی شده است تا با انتخاب زیر حوضههایی که در سرشاخه رودها قرار دارند، انطباق مدل با شرایط طبیعی افزایش یابد.
نتایج نشان میدهد که روش Kennessey برای مدلسازی رواناب این حوضه در مقیاس سالانه از دقت بالاتری برخوردار است. روش SCS-CN در گامهای زمانی کوچکتر همچون روزانه دقت بیشتری را نشان میدهد. میانگین ضرایب رواناب مشاهداتی در زیر حوضههای منتخب برابر 0,2 است. در مدل Kennessey مقدار شاخص آماری RMSE در این نواحی برابر 0,2 بوده، درحالیکه در همان زیر حوضهها در مدل SCS-CN میزان RMSE برابر 0,6 می باشد. این یعنی که مدل شماره منحنی در مقیاسهای بزرگ زمانی بسیار کم دقتتر از مدل Kennessey است. قابل ذکر است که مدل Kennessey نیز نیاز به کالیبره شدن دارد؛ چرا که دقت آن با توجه به شاخص RMSE و میزان رواناب مشاهداتی از کیفیت مطلوبی برخوردار نمی باشد.
1. مقدمه
محاسبه رواناب درواقع نقطه شروع بررسیهای هیدرولوژیکی حوضههای آبریز میباشد، زیرا با مشخص نمودن این ترم مهم در معادله بیلان آبی میتوان محاسبات لازم برای دیگر ترمهای معادله بیلان مانند میزان تغذیه آبخوانهای زیرزمینی را پیریزی نمود. لذا عدم وجود دستگاههای اندازهگیری رواناب سطحی در برخی حوضههای آبریز فاقد اندازهگیر1 چالش مهم برای محققین و برنامهریزان حوضه منابع آب به وجود آورده است. درنتیجه، تخمین ضریب رواناب بهنوعی میتواند به حل این مشکل کمک کرده و اولین گام در بررسی بیلان حوضه در ابعاد مختلف باشد. محاسبهی میزان بارش باران و توزیع مکانی آن برای تخمین ضریب رواناب ضروری است. عدم وجود تعداد کافی ایستگاه ثبت بارش و توزیع نامناسب مکانی آنها نیز مشکل دیگری برای تخمین ضریب رواناب سطحی بهحساب میآید.
یکی از موانع موجود برای استفاده از روشهای تخمین ضریب رواناب، دخالتهای انسانی در برداشت از منابع آب سطحی و زیرزمینی میباشد. درواقع، برداشت از آب زیرزمینی و سطحی باعث میشود که میزان رواناب سطحی نسبت به بارش رخداده، کاهش یابد و درنتیجه مقدار کمتری برای ضریب رواناب تخمین زده شود. بنابراین، در صورت شناسایی آن بخش از زیر حوضههای آبریز کهتقریباً مصون از تغییرات انسانی بوده، میتوان ضریب رواناب را با اطمینان بیشتر و نزدیکتر به واقعیت تخمین زد. غالب روشهای تجربی از اهم عوامل تأثیرگذار در میزان رواناب تولیدی استفاده کرده و از پارامترهای جزئی صرفنظر مینمایند. عوامل عمده تأثیرگذار در رواناب تولیدی عبارتاند از: کاربری اراضی، شیب زمین، نوع بافت خاک منطقه، سنگشناسی منطقه.
در برخی مطالعات صورت گرفته تعیین ضریب رواناب در داخل کشور که به کمک روش SCS-CN صورت گرفته، مساحت حوضهی آبریز موردمطالعه آنقدر کم بوده است که تعیین گروه هیدرولوژیکی خاک منطقه - A, B, C, D - ، با استفاده از نفوذسنج DRI2 صورت گرفته است. این دستگاه شامل دو استوانه موازی هم میباشد که در خاک فرورفته و بین فاصله این دو استوانه آب ریخته میشود تا شدت نفوذ آن به خاک با توجه نرخ کاهش ارتفاع آب استوانهها اندازهگیری گردد.
در کشور هند Pandey and Dabral برای زیر حوضه آبریز Karso با مساحت 2793 هکتار و به کمک روش - SCS, 1972 - Curve - Number بانام دیگر - Soil Cover Complex به تولید ضریب رواناب اقدام نمودند. روش مذکور به کمک سه لایه نفوذپذیری خاک، کاربری اراضی و وضعیت آب موجود در خاک و نسبت دادن یک شاخص به نام شماره منحنی - CN - با توجه به خصوصیات یادشده به محاسبه مقدار رواناب میپردازد. نتایج بررسیهای آنها و مقایسه بین مقادیر مشاهداتی و محاسباتی تفاوت بین 1 تا 28 درصدی را نشان میدهد که دقت خوبی است
شایسته و کریمی برای حوضه آبخیز مندرجان - از زیر حوضههای زایندهرود - با روش SCS-CN ضریب رواناب را تعیین نمودند. ایشان از تصاویر ماهوارههای MSS و IRS استفاده کرده و هدف اصلی تحقیقات ایشان بررسی اثر رواناب تولیدی بر فرسایشپذیری خاک بوده است. آنها دریافتند که در اثر تغییر کاربری اراضی شماره منحنی منطقه در بازه سالهای 1354 تا 1369 برابر 1,92 و از 1369 تا 1385 ، 65 درصد افزایش داشته که این به معنا افزایش رواناب تولیدی است
براتی قهفرخی و سلطانی کوپایی [3] با هدف بررسی اثر تغییر کاربری اراضی بر احتمال وقوع سیل به محاسبه ضریب رواناب با روش SCS-CN در حوضه آبریز قلعه شاهرخ - جزء حوضه دریاچه سد زایندهرود - پرداختند. آنها توانستند شماره منحنی منطقه را محاسبه نموده و درنهایت با میانگین وزنی، ضریب رواناب برای سال آبی 1381 را برابر 60 درصد تعیین نمایند.
.2 معرفی منطقه موردمطالعه
منطقه موردمطالعه، حوضه آبریز دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران است. این حوضه، یکی از 6 حوضه آبریز دریاچه اول در کشور است و بخشی از استانهای آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی و کردستان را شامل میشود. این حوضه آبریز در مختصات جغرافیایی 44 درجه و 7 دقیقه تا 47 درجه و 53 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 40 دقیقه تا 38 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی قرار دارد و دارای مساحت تقریبی 51862 کیلومترمربع است. از این مقدار، مناطق کوهستانی حدود 34100 کیلومترمربع، دشتها و کوهپایهها حدود 14113 کیلومترمربع و دریاچه ارومیه حدود 4639 کیلومترمربع را پوشش میدهند. دوره آماری 1330-31 تا 1391-92، کاهش در میزان بارش باران این حوضه آبریز را نشان میدهد. قسمت اول این دوره آماری از سال -31 1330 تا 1373-74 میتواند بهعنوان دوره ایستا نامبرده میشود و دارای میانگین بارش 385 میلیمتر است. قسمت دوم نیز از سال 1374-75 تا 1391-92 است و بارش آن به میزان 9,2 درصد کمتر از 40 سال قبل است
روند خشک شدن دریاچه از کاهش آورد رودخانههای منتهی به آن حاصل گشته است. میزان کاهش ورودیها، موقعیت رودخانههای اصلی دریاچه و میزان افت آورد هرکدام از آنها در شکل 1 نمایش دادهشده است.
شکل - 1 رودهای منتهی به دریاچه ارومیه و میزان کاهش آورد آنها
در حوضه آبریز دریاچه ارومیه و در نواحی نزدیک دریاچه، سطح زمین هموارشده و درنتیجه، آب رودخانهها در سطح بیشتری پخش میشوند. این ویژگی، ثبت آمار در این نواحی را مشکل مینماید. البته در حاشیه حوضه به دلیل شیب مناسب، آبراهه بهطور مجزا ایجاد و بهسادگی امکان تعبیه ایستگاه هیدرومتری برای ثبت داده وجود دارد؛ لذا میتوان ادعا نمود در حوضه آبریز دریاچه ارومیه و در نواحی نزدیک دریاچه، زیر حوضههای فاقد اندازهگیر وجود دارد، درنتیجه دستیابی به دید کمی نسبت به میزان رواناب تولیدی در این نواحی با مشکل همراه هست؛ بعلاوه، اکثر استفادهکنندگان آب که شامل کشاورزان میباشد، از نواحی نزدیک دریاچه، آب برداشت میکنند. زیر حوضههای فاقد آمار ثبتشده در شکل 2 نشان دادهشده است.
شکل - 2 محدوده فاقد آمار ثبتشده از رواناب تولیدی در اثر بارش
در حوضه آبریز دریاچه ارومیه 98 زیر حوضه وجود دارد و در شکل 3 تمامی این زیر حوضهها و ایستگاههای هیدرومتری نمایش دادهشده است. در خروجی تمامی آنها یک ایستگاه هیدرومتری قرار دارد. لذا با توجه به این نکته که باید زیر حوضهها در سرشاخهها باشند تا رواناب طبیعی مشاهده گردد، 28 زیر حوضه که ازنظر پیوستگی ثبت داده وضعیت مطلوبی دارند، بهعنوان زیر حوضههای منتخب برگزیده شدند. زیر حوضههای منتخب برای مدلسازی در شکل 3 نشان دادهشده است.
شکل - 3 تمامی زیر حوضهها و ایستگاههای هیدرومتری حوضه آبریز دریاچه ارومیه - سمت راست - . زیر حوضهها منتخب حوضه آبریز دریاچه ارومیه و محل ایستگاه هیدرومتری در خروجی آنها - سمت چپ -
.3 معرفی دادهها و روش مورداستفاده
-1-3 روش SCS-CN
روش SCS-CN که توسط Soil Conservation Service ارائه گردیده و بهطور نیمه تجربی با لحاظ نمودن گروه هیدرولوژیکی خاک، نوع کاربری اراضی منطقه و محاسبات ساده مدلسازی، ضریب رواناب را بهصورت تجربی تخمین میزند. ابتدا با استفاده از دو مشخصه یعنی نفوذپذیری خاک منطقه - گروه هیدرولوژیکی خاک ازنظر میزان نفوذ - و نوع کاربری اراضی و همچنین جداول موجود SCS، شاخص شماره منحنی به دست میآید
