بخشی از مقاله
چکیده
تعیین هیدروگراف واحد سیلاب یک حوزه آبریز برای طراحی ساختمانهای هیدرولیکی بسیار مهم است. هنگامی که داده های بارندگی- رواناب موجود باشد هیدروگراف واحد با استفاده از این داده ها به دست می آید. اما برای حوضه های فاقد آمار تهیه هیدروگراف همواره موضوع بحث و تجزیه و تحلیل علمی بوده است. برای این منظورغالباﹰ استفاده از روش های تجربی مفهومی ویا فیزیکی متداول است.
امروزه استفاده از مدلهای ریاضی مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق به دست آوردن هیدروگراف واحد لحظه ای ﮊئومورفولوﮊیک - GIUH - با استفاده ازسامانه های اطلاعات جغرافیایی - GIS - و قابلیتهای نرم افزار Arcview است. منطقه ای که برای مطالعه انتخاب شده است حوزه کارده در استان خراسان می باشد. با استفاده ازمدل ارتفاع رقومی - DEM - حوزه و نقشه های شیب و شماره منحنی که در Arcview ساخته می شود، زمان تمرکز حوزه برابر ۸/۱۱ ساعت محاسبه شد. با استفاده از نرم افزار Arc view و روش استراهلر نقشه شبکه رودخانه ای - Network Drainage - حوزه ساخته شد. که ۷ رده رودخانه در آن مشخص شده بود و سپس تعداد رودخانه ها در هر رده و طول و مساحت رودخانه ها حساب شد, سپس پارامترهای ﮊئومورفولوﮊیک حوزه محاسبه گردید. بعد از محاسبه دبی ماکزیمم و زمان ماکزیمم هیدرو گراف ﮊئومورفولوﮊیک محاسبه شده با هیدروگراف مشاهده شده مقایسه گردید.
۱- مقدمه
تعیین هیدروگراف واحد سیلاب یک حوزه آبریز برای طراحی ساختمانهای هیدرولیکی بسیار مهم است. هنگامی که دادههای بارندگی- رواناب موجود باشد هیدروگراف واحد با استفاده از این دادهها به دست میآید، اما زمانی که این دادهها در دسترس نباشد هیدروگرافهای واحد با استفاده از هیدروگرافهای واحد مصنوعی به وجود میآید. یکی از پیشرفتها در تهیه هیدروگراف واحد برای یک حوزه استفاده از هیدروگراف واحد لحظه ای ﮊئومورفولوﮊیک - GIUH - است]۲.[
تهیه جریانهای رودخانه ای به صورت مصنوعی برای حوضه های فاقد آمار همواره موضوع بحث و تجزیه و تحلیل علمی بوده است. برای این منظور غالبا ً استفاده از روشهای تجربی , مفهومی و یا فیزیکی متداول است. از جمله کارهای اولیه در به کارگیری روش های شبیه سازی جریان رودخانه ای می توان به تحقیقات شرمن]۳[ و اشنایدر]۴[ ا شاره نمود. در این رابطه معمولاﹰ سرعت جریان در زمان و مکان ثابت فرض می شود.
برای اولین بار رود ریگوئز- اتیورب ووالدس در سال ۹۷۹۱ با استفاده از فرض ثابت بودن سرعت جریان هیدروگراف واحد لحظه ای ﮊئومورفولوﮊیک GIUH را ارائه دادند]۷.[ مقادیر دبی حداکثر - qpg - و زمان حداکثر - tpg - که مهمترین کاراکترهای GIUH هستند از روابط زیر به دست می آیند]۵:[ که در آن RB،RL ،RA به ترتیب نسبت انشعاب , نسبت طول و نسبت مساحت رودخانه ها می باشد. مقدار متعارف RB در طبیعت بین ۳ و ۵ , برای RL بین ۵/۱ و ۵/۳ و برای RA بین ۳ و ۶ میباشد. Lw طول رودخانه با بزرگترین رده - km - و v سرعت جریان بر حسب متر بر ثانیه است. با ضرب دو معادله - ۱ - و - ۲ - معادله بدون بعد - ۳ - به دست می آید که بستگی به سرعت جریان ندارد وتابعی از کارکترهای ﮊئومورفولوﮊیک حوزه است :
یکی از فایده های استفاده از هیدروگراف واحد لحظه ای ﮊئومورفولوﮊیک این است که می توان با استفاده از نقشه های توپوگرافی و با استفاده از امکانات سیستمهای اطلاعات جغرافیایی - GIS - و مدل ارتفاع رقومی ساخته شده در نرم افزار Arcview پارامترهای ﮊئومورفولوﮊیک حوزه را به دست آورد ]۱.[ استفاده از سامانههای اطلاعات جغرافیاییGIS در مهندسی رودخانه در دهه اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است.
به طوری که در حال حاضر اکثر نرم افزارهای مورد استفاده در این شاخه یا مستقیما دارای قابلیتهای GIS بوده و یا قابلیت ارتباط با یکی از نرم افزارهای GIS در آن پیش بینی شده است]۶GIS .[ بر خلاف روشهای سنتی، داده های جمع آوری شده را به شکل رقومی ذخیره می سازد و با استفاده از روشهای متنوع، داده های حاصل از منابع متفاوت را ترکیب مینماید. مهمترین قابلیت GIS را باید امکان انجام تحلیلهای پیچیده دادههای مکانی و غیرمکانی دانست. هدف از این تحقیق به دست آوردن پارامترهای هیدروگراف واحد لحظه ای ﮊئومورفولوﮊیک برای حوزه کارده در استان خراسان است که با استفاده از GIS و قابلیتهای نرم افزار Arcview محاسبه شده است.
۲- محدوده مورد مطالعه
حوزه مورد مطالعه در این تحقیق حوزه کارده است. این حوزه در استان خراسان واقع شده که کمترین ارتفاع آن ١٣٠٠متر، بلندترین نقطه به ارتفاع ٢٩٦٠ متر و متوسط ارتفاع ٢٠٢١ متر از سطح دریا است. مساحت این حوزه ٥٤٢ کیلومتر مربع و رودخانه اصلی آن کارده نام دارد.
۳- روش انجام کار
برای انجام این تحقیق مراحل زیر انجام شده است :
۱-۳- تهیه مدل ارتفاع رقومی - DEM - منطقه
مدل ارتفاع رقومی را به بیان ساده میتوان یک نقشه رقومی دانست که حاوی ارتفاع تمامی نقاط منطقه تحت پوشش خود است. برای ساختن مدل ارتفاع رقومی، ابتدا محدوده مورد مطالعه و اطراف آن از نقشههای ٥٠٠٠٠:١با استفاده از نرم افزار Autocad رقومی شده و خطوط ارتفاعی آن تفکیک میگردد و سپس شبکه منظم مثلث بندی TIN - - حوزه ساخته می شود و در مرحله بعد DEM حوزه ساخته میشود. بعد از بدست آوردن DEM حوزه در Arcview حفرههای موجود در آن پر میشود.
