بخشی از مقاله
چکیده
حوضه آبریز پایه و اساس بسیاری از تحلیلهای هیدرولوژیکی را تشکیل میدهد. حوضههای آبریز واحدهای هیدرولوژیکی هر ناحیه جغرافیایی را میسازند. از این رو مطالعه و بررسی حوضههای آبریز هر ناحیه، اطلاعات هیدرولوژیکی آن ناحیه را تکمیل مینماید. اگرچه در روش سنتی، تعیین حوضه آبریز به طور دستی و با استفاده از منحنی میزانهای نقشه توپوگرافی انجام میشده ولی در این مقاله به تشریح روش نوینی پرداخته میشود که در آن از ابزار GIS برای مشخص نمودن محدوده حوضه آبریز از یک مدل ارتفاعی رقومی - DEM - استفاده میگردد. ناحیه مورد تحقیق در استان آذربایجان شرقی واقع میگردد و رودخانه صوفی چای را در بر میگیرد.
در این تحقیق از نرم افزار ArcGIS بهره گرفته میشود. نتایج تحقیق نشان میدهد که این حوضه از لحاظ شکل در گروه حوضههای کشیده قرار دارد. این حوضه با دارا بودن چهار زیر حوضه، از لحاظ مساحت جزء حوضههای بزرگ محسوب میشود. اگرچه این مقاله بیشتر روی کارایی و توفیق سیستم اطلاعات جغرافیایی در مشخص کردن حوضه آبریز و تعیین خصوصیات ژئومتری آن متمرکز بوده ولی این سیستم در اجرای سریع، دقیق و آسان بسیاری از تحلیل-های هیدرولوژیکی دیگر نیز از قابلیتها و توانمندیهای بالایی برخوردار میباشد، که تشریح هریک از آنها نیازمند گفتارهای جداگانهای است.
مقدمه
عوامل بسیار زیادی بر حجم و میزان رواناب حوضههای آبریز مؤثر هستند که از آن جمله میتوان به خصوصیات خاکشناسی حوضه، پوشش گیاهی، آبشناسی، زمینشناسی،اقلیمشناسی، بار رسوب حوضه و عوامل انسانی اشاره کرد. اما در این میان خصوصیات هندسی حوضهها اثرات قابل توجهی را بر حجم رواناب و میزان آبدهی حوضه دارد. پارامترهای هندسی مثل شکل حوضه، مساحت و محیط حوضه، طول آبراهه اصلی، شیب و ارتفاع حوضه، که عوامل مورفومتری نیز نامیده میشوند، وضع ظاهری حوضه آبریز را نشان میدهند و با رواناب حوضه یا شدت سیلابها دارای روابط مشخصی میباشند.
در حال حاضر بسیاری از تحلیلهای هیدرولوژیکی به کمک نرمافزارهای GIS قابل اجرا میباشند که پرداختن به یکایک آنها از حوصله این گفتار خارج است. نرمافزارهای GIS چنین تحلیلهایی را با بهرهگیری از توابعی نظیر تابع شبکه، نزدیکی، انتشار و جریان روی مدل رقومی زمین انجام میدهند. با این نرمافزارها میتوان مرز حوضه آبریز و خط تقسیم آب را با استفاده از توپوگرافی حوضه، مشخص نمود. به عبارت دیگر میتوان ضمن مشخص کردن محدوده حوضه آبریز، زیر حوضههای آن را نیز تفکیک کرد.
مرز حوضه خطی فرضی است که محدوده حوضه را مشخص میکند - اصغری مقدم؛ محمدرضا، . - 1378 خط تقسیم آب خطی فرضی است که حوضههای مختلف را از یکدیگر مجزا میسازد و از بهم پیوستن خطالرأسهای ارتفاعات به دست میآید. بارندگیهایی که خارج از مرز حوضه میبارند، رواناب آنها به نقطه تمرکز حوضه نخواهد رسید
برای مشخص کردن حوضه آبریز در ناحیه مورد مطالعه از روشی خاص بهره گرفته شده که مراحل عملیاتی آن مطابق با ترتیب و توالی ذکر شده در این مقاله، قابل اجرا میباشد.
ایجاد DEM و مدل سایه روشن پستی و بلندیها
مدل سایه روشن پستی و بلندیها با استفاده از دادههای ارتفاعی رقومی - DEM - ساخته میشود. موقعیت منبع نور طوری انتخاب شده است که سایه کافی جهت درک آسان پستی و بلندیها بوجود آید. مشاهده اشکال پستی و بلندیها از روی مدل، دریافت ذهنی بهتری را نسبت به اطلاعات موجود روی برگ نقشه ایجاد مینماید.
در این تحقیق، از مدل ارتفاعی رقومی با ابعاد پیکسل 50 متر استفاده شده است. نورپردازی با زاویه 45 درجه و از سمت شمال شرق صورت گرفته است.
پیش پردازش DEM
قبل از مدلسازی هیدرولوژیکی لازم است برخی از پیشپردازشها را به منظور برطرف کردن ایرادات موجود در دادهها انجام داد. این پردازشها میتوانند صحت DEM را به شدت افزایش دهند. روشهای تولید DEM بندرت شامل الگوریتم اجرای زهکشی برای برطرف کردن این ایرادات هستند. چنین ایرادی که اغلب در DEM خام دیده میشود، چاهک نام دارد. چاهک اغلب در درههای باریک جائیکه عرض دره از اندازه سلول کوچکتر است، ایجاد میشود. به عبارت سادهتر این ایراد از پائین بودن دقت DEM نشأت میگیرد. چاهک همچنین در نواحی با پستی و بلندیهای ملایم - نواحی تخت - از طریق خطاهای درونیابی اتفاق میافتد. چاهکها با گسستن ارتباطات توپولوژیک زهکشی موجب بروز مشکلاتی میشوند و برای ایجاد شبکه پیوسته جهت جریان، میبایست حذف گردند. نمونهای فرضی از چاهک در شکل شماره یک نمایش داده شده است.
شکل : - 1 - نمایش از وقوع یک Sink فرضی
در شکل 1، سلولهایی که شامل منحنیهای میزان میباشند، ارتفاع منحنی را میگیرند، بقیه سلولها درونیابی میشوند. وجود چاهکها در مناطقی که منحنی میزانها در مجاورت یک آبراهه به هم نزدیک میشوند، همواره امکانپذیر است.
حذف چاهک پردازشی تکراری است و به عنوان یک پردازش بد ضروری نگریسته میشود. با این نگرش، واندرسون در سال 1995، روشی خاص را به منظور پایان بخشیدن به پردازش حذف گودال برای مقادیر معینی از حجم، سطح یا عمق گودی طی دوره های بارندگی، ارائه داد. در بعضی از سطوح رواناب، گودیها به مثابه گودال رفتار کرده و در برخی دیگر مملو از آب بوده و به صورت بخشی از یک کانال در نظر گرفته میشوند.
حذف این ایرادات با استفاده از عوارض هیدروگرافی موجود، برای تولید حوضههای آبریز دقیق، الزامی است. چاهکها اغلب کوچک بوده و موجب میشوند تا حوضههای آبریز به طور صحیح مشخص نشوند. اگر آبراههای وجود نداشته باشد، ارتفاعات داخل ناحیه چاهک تا ارتفاع کنارههای بیرونی چاهک بالا آورده میشوند. به عبارت سادهتر چاهک پر میشود تا آب قابلیت عبور پیدا نماید. ولی چنانچه آبراههای موجود باشد، ارتفاعات کنارههای بیرونی به اندازه چاهک پائین آورده میشوند، تا امکان گذر آب فراهم شود.
در این فرآیند باید دقت شود که چاهکهای واقعی حذف نشوند. نمونههایی از اینگونه چاهکها در منطقه مورد مطالعه به چشم میخورند
شکل Sink : - 2 - ها در قسمتی از منطقه مورد مطالعه به صورت خطوط آبی رنگ نشان داده شدهاند.
جهت جریان
جهت جریان برای هر سلول DEM، از توابع کلیدی برای استخراج مشخصههای هیدرولوژیکی یک سطح به شمار میرود و در واقع پایه همه پردازشهای بعدی مدلسازی حوضه آبریز را تشکیل میدهد. این تابع جهت جریان خروجی از هر سلول را مشخص میسازد. برای هر سلول هشت جهت خروجی وجود دارد که مربوط به هشت سلول مجاور است. جهت جریان از طریق یافتن جهت ماکزیمم شیب از هر سلول تعیین میگردد. برای مشخص ساختن حوضه آبریز لازم است که هر یک از سلولهای گرید، از لحاظ جهت، کدگذاری شوند.
تابع جهت جریان یک تابع کانونی است. برای سلولهای همسایه که به صورت یک ماتریس 3 3 قرار دارند، پردازشگر گرید در سلول مرکز - کانون - میایستد و تعیین میکند که کدام سلول همسایه کمترین مقدار - پائینترین مقدار ارتفاع - را دارد و سپس با توجه به اینکه جهت جریان همواره تابعی از جهت ماکزیمم شیب است، در گرید خروجی مقداری را به سلول مرکزی منتسب میسازد. شیوه مقدار دهی در گرید خروجی در شکل شماره 3 نمایش داده شده است.
