بخشی از مقاله
چکیده
سیل به عنوان یکی از مخربترین بلایاي طبیعی همواره خسارات جانی و مالی فراوانی را به بار آورده است. در این تحقیق کاربرد مدل WMS در حوضه اهل ایمان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین ترتیب که پس از تهیه نقشههاي توپوگرافی، در محیط نرمافزار ArcGIS، مدل ارتفاعی رقومی DEM ساخته شد. سپس در محیط نرم افزار WMS آبراههها و شبکه رودخانهها ترسیم گردید. بارندگی 24 ساعته حوضه به ازاي دوره بازگشتهاي 2،5،10،25،50،100 به ترتیب 27/71، 34/71، 41/4، 51/48 ، 59/85، 68/77 میلیمتر برآورد گردید که براساس پارامترهاي مذکور بارندگی 6 ساعته نیز به ازاي دوره بازگشتهاي ذکر شده محاسبه گردید.
در نهایت با وارد نمودن مشخصات خاك و بارندگی منطقه مقادیر سیلاب به ازاي دوره بازگشت هاي مختلف 2،5،10 ،25،50،100 به روش SCS محاسبه گردید که به ترتیب 3/41، 12/2، 19/3، 29/17، 37/27، 46/12 برآورد شد و در نهایت با مقادیر مشاهداتی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که مقدار RE و RMSE در حوضه اهل ایمان به ترتیب در حدود 3/43 درصد و 2/82 مترمکعب بر ثانیه میباشد. دقت روش SCS در تخمین دبی سیلاب در حوزه کوچک اهل ایمان قابل قبول میباشد.
-1 مقدمه
در بین بلایاي طبیعی، سیل، زلزله و خشکسالی به لحاظ خسارات مالی و جانی ناشی از وقوع آنها، از اهمیت ویژه اي برخوردار است. به استناد آمار و اطلاعات خسارات ناشی از سیل در پاره اي از نقاط دنیا به ویژه در آسیا و اقیانوسیه، بیشترین میزان در بین خسارتهاي حاصل از بلایاي طبیعی را به خود اختصاص میدهد. با وجود اینکه تاکنون یک بررسی مقایسه اي در خصوص خسارت ناشی از این سه رخداد طبیعی انجام نگرفته است، لیکن یک مقایسه کلی در مورد ایران نشان می دهد که قطعاً خسارت جانی ناشی از زلزله در ابعاد سالانه بیشتر از آن دو و خسارت جانی ناشی از سیل بیشتر از خشکسالی است. به استناد همان برآورد تقریبی می توان گفت که خسارت مالی سیل رتبه دوم یا سوم خسارات را به خود اختصاص می دهد.
استامی و حس - 1993 - ، روشهاي مختلف تخمین دبیهاي حداکثر به دوره بازگشت هاي مختلف را براي رودخانههاي ایالت جورجیاي آمریکا به کار بردند و چنین نتیجه گرفتند که سطح حوزهي آبخیز معنیدارترین متغیر مرتبط با دبی سیلاب میباشد. در نتیجه منطقهي مورد مطالعه از لحاظ سطح به چهار گروهنسبتاً همگن طبقه بندي و روابط تناوب سیل هر منطقه تعیین گردید. تول و همکاران - 2003 - ، مدل HEC-HMS را براي تعیین دبی اوج و حجم رواناب در دو حوزهي آبخیز کشاورزي در جنوب شرق ایالت داکوتاي جنوبی به کار بردند.
آنها براي محاسبهي تلفات در این حوزههاي آبخیز از روش SCS و براي تعیین هیدروگراف از روش هیدروگراف واحد SCS استفاده کردند. بررسی بر روي پارامترهاي مدل نشان داد که مقدار شمارهي منحنی داراي حساسیت بالایی میباشد، در صورتی که مقدار جذب اولیه داراي حساسیت کمتري نسبت به تغییر مقدار تابع هدف در مدل HEC-HMS میباشد نتیجه دیگر به دست آمده حاکی از این بود که مقادیر CN واسنجی شده خیلی کمتر از مقادیر محاسبه شده بر اساس شیب، خاك و کاربري اراضی میباشد.
مک کل و آگت - 2006 - ، با استفاده از مدل HEC-HMS به پیش بینی الگوي کاربري اراضی در سالهاي 2015 و 2025 و 2050 در حوزهي آبخیزي در امریکا پرداخته اند و آنها با استفاده از مدل HEC-GEOHMS خصوصیات ادافیکی حوزهي آبخیز در محیط GIS سایر پارامترهاي مورد نیاز مدل را استخراج نمودهاند. هم چنین از روش SCS براي تعیین رواناب و انتقال، از روش ماسکینگام کانژ 8 نقطهاي براي روندیابی کانالها استفاده کرده اند. آنها با در نظر گرفتن تلفات اولیه به عنوان پارامتر حساس و کالیبرهي مدل به روش میانگین خطاي مربعات، نشان دادند که مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS قابلیت پیشبینی الگوهاي مختلف کاربري اراضی که به ویژه در طراحی شهري و کاهش خسارات سیل در حوزه هاي آبخیز شهري از اهمیت به سزایی برخوردار است را دارد.
رضا حاتمی - 1391 - در تحقیق خود با عنوان برآورد حداکثر سیلاب حوضه هاي شهري با استفاده از WMS با مطالعه موردي فاز سوم شهرك صنعتی اردبیل 2، اقدام به شبیه سازي فاز سوم شهرك صنعتی اردبیل 2 با استفاده از نرم افزار مذکور نمود و میزان خطاي نسبی - RE - و ریشه میانگین مربعات خطا - RMSE - حوضه مذکور را در حدود 6 درصد و 0/76 مترمکعب بر ثانیه برآورد نمود. میرزایی وهمکاران - 1391 - شبیهسازي هیدروگراف سیل و دبی سیلاب حوضه آتشگاه را با استفاده از WMS و GIS مورد بررسی قرار داد که در این تحقیق زمان تمرکز حوضه با 14 فرمول تجربی محاسبه گردید.
شبیه سازي هیدروگراف دبی حداکثر سیلاب نیز براي دورههاي بازگشتهاي 2 تا 100 ساله انجام شد و با دبی سیلاب مشاهداتی با دو پارامتر خطاي نسبی و میانگین ریشه مربعات خطا براي دوره بازگشتهاي 2 تا 100 ساله مورد مقایسه قرار گرفت که میزان خطاي نسبی و میانگین ریشه مربعات خطا به ترتیب برابر 7 درصد و 1/57 متر مکعب برثانیه میباشد. بنابراین نرمافزار WMS براي شبیه-سازي دبی در این حوضه مناسب و توصیه میگردد.
مواد و روشها -1-2 موقعیت جغرافیایی حوزه مورد مطالعه
محدوده مورد بررسی حوضه آبخیز اهل ایمان در کشور ایران، استان اردبیل، غرب شهرستان مشگین شهر و در مختصات جغرافیایی 47˝ 19΄ 42˝ تا 47˚ 29΄ 19˚ طول شرقی و 38˚ 15΄ 10˝ و 38˚ 24΄ 24˝ عرض شمالی واقع شده است وسعت حوضه مورد نظر 98/71 کیلومتر مربع می باشد. آبراهه هاي اصلی حوضه با جهت کلی جنوب غربی به شمال شرقی نزولات جوي را جمع آوري میکنند حداقل و حداکثر ارتفاع در حوضه به ترتیب 1594 و 3225 متر و همچنین طول کلی آبراهه اصلی 20945/41 متر، طول حوضه 17902 متر و شیب حوضه 21/48 درصد می باشد. در شکل 1 موقعیت استان اردبیل در سطح کشور و حوزه اهل ایمان در استان نشان داده شده است. ایستگاههاي مورد بحث شامل ایستگاههاي هیدرومتري و هواشناسی اهل ایمان میباشد. ایستگاه هواشناسی مورد استفاده ایستگاه بارانسنجی اهل ایمان بوده که بر روي رودخانه اهل ایمان قرار گرفته است.
-2-2 روش کار
مراحل انجام کار در نرم افزار WMS جهت مدل سازي حوزه مورد بررسی به شرح ذیل انجام شد:
-1 تهیه نقشه هاي توپوگرافی
-2 انجام تحلیلهاي لازم بر روي نقشه توپوگرافی و تهیه مدلهاي 1TINو-3DEM2تهیه مدل TOPAZ محدود طرح و ترسیم شبکه آبراهه ها
-4 تعیین نقاط خروجی - نقاط تمرکز - حزوه ها و مشخص کردن حدود حوزه ها -
5تعیین روش برآورد سیلاب و ترسیم هیدروگراف سیل متناسب با آن روش در این تحقیق نتایج شبیه سازيها در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی مدل با شاخصهاي، RMSE - خطاي مربعات میانگین ریشه - و RE - خطاي نسبی - مورد ارزیابی قرار گرفت.
تهیه نقشه هاي مورد نیاز محدوده تحقیق
اولین مرحله در انجام مدل سازي، تهیه نقشه هاي توپوگرافی دیجیت شده می باشد. این نقشههاوماًعم در فرمت .DGN تهیه میشوند که با نرمافزارهایی از قبیل MICROSTATION میتوان به سایر فرمتها از قبیل .DXF و .DWG تبدیل کرد. فرمتهاي .DXF و .DWG مختص نرم افزار اتوکد میباشند و به سهولت به محیط نرم افزار WMS وارد میشوند. شبکه هاي نامنظم مثلثی - TIN - و رقومی منطقه - DEM - از نقشه هاي توپوگرافی تهیه می شود. این مدلها را می توان هم با استفاده از نرم افزار WMS و هم با استفاده از نرم افزار GIS انجام داد.
نرم افزار WMS فرمتهاي فرمتهاي .DWG ، .DXF و یا .SHX را پشتیبانی می کند بنابراین با تبدیل نقشه هاي توپوگرافی منطقه به فرمت هاي مذکور می توان وارد محیط نرم افزار WMS کرد. از معایب تهیه مدل شبکه نامنظم مثلثی و رقومی منطقه با استفاده از نرم افزاز WMS می توان به پدیدار شدن دو عارضه غیرواقعی مثلث بندی هاي مسطح و چاله هاي مجازي اشاره کرد. ایندو عارضه شکل 1 موقعیت حوزه آبخیز آقلاقان چاي در ترسیم شبکه آبراهه حوضه ها باعث انحراف مسیر جریان از مسیر واقعی شده و منجر به برآورد غلط خصوصیات فیزیکی حوضه و به تبع آن سیلاب برآوردي میشود.
