بخشی از مقاله
چکیده
امروزه افزایش جمعیت و روند رو به رشد صنعت باعث پیشروی جوامع بشری بهسوی حریم رودخانهها و تمرکز فعالیتهای اقتصادی در سیلاب دشتها شده که این امر موجب افزایش قابل توجه شدت و فراوانی وقوع سیل میگردد که این امر ما را نیازمند توجه هرچه بیشتر به این مسئله، با هدف کنترل و کاهش خسارات ناشی از سیل ساخته است. بر همین اساس یکی از راهکارهای اساسی برای کنترل و کاهش اثرات مخرب سیل، شناسایی مناطق سیلخیز در حوزههای آبخیز است. دشتهای سیلابی و مناطق مجاور رودخانهها که بهدلیل شرایط خاص، فضاهایی مناسب برای انجام فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی محسوب میشوند، همواره در معرض خطرات ناشی از وقوع سیلابها قرار دارند.
در این تحقیق حساسیت سیلخیزی با استفاده از دو روش هیدرولیکی و ژئومورفولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. روش TWI ممکن است در مناطق شهری، برای دورههای بازگشت کوچکی که برای آن تأثیر سیستم فاضلاب شهری بیشتر باشد، بسیار دقیق نباشد. به طور کلی، شاخص TWI احتمالا مناسب ترین شاخص برای برآورد سیل در مناطق دشتی با ارتفاع سیل نسبتا زیاد در دوره بازگشتهای دراز مدت میباشد. این روش بهمنظور دست یافتن به هدف و شناسایی مناطق و نواحی سیلخیز، با صرف زمان و هزینه کمتر میتواند مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی: پهنهبندی سیلاب، ArcGIS، HEC-RAS، TWI، لرستان.
مقدمه
متن سیل به وضعیتی گفته میشود که در آن جریان رودخانه و سطح آب بهصورت غیر منتظره افزایش پیدا کرده و باعث خسارات مالی و جانی گردد - علیزاده، . - 1389 سیلاب از جمله بلایای طبیعی شناخته شده است که طبق گزارش جهانی برنامهی عمران سازمان ملل درمورد خطر بلایای طبیعی، سیلاب همراه با زلزله و خشکسالی بالاترین رتبه را از لحاظ خسارات مالی و جانی بههمراه دارند - بهشتی و همکاران، . - 1388 امروزه افزایش جمعیت و روند رو به رشد صنعت باعث پیشروی جوامع بشری بهسوی حریم رودخانهها و تمرکز فعالیتهای اقتصادی در سیلاب دشتها شده - Markantonis و همکاران، - 2013
که این امر موجب افزایش قابل توجه شدت و فراوانی وقوع سیل میگردد - Hudson و همکاران، . - 2014 در همین راستا آمار در این زمینه از رشد 40 درصدی سیل در ایران خبر میدهد - نوحه گر و همکاران، . - 1391 این رخدادها در سالهای اخیر یکی پس از دیگری و زودتر از دوره بازگشتهای طبیعی بهوقع میپیوندند، بهطوریکه گزارشها حاکی از آن است که در 53 سال گذشته بیش از 12 هزار شهروند ایرانی بر اثر سیلاب جان خود را از دست دادهاند که این امر ما را نیازمند توجه هرچه بیشتر به این مسئله، با هدف کنترل و کاهش خسارات ناشی از سیل ساخته است - بزرگی و ابراهیمیلویه، . - 1385
استان لرستان نیز بهدلیل شرایط خاص هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژی از جمله استانهای سیلخیز کشور میباشد. در این استان به دلیل شرایط خاص اعم از بسترهای تنگ رودخانهها و وجود روستاها و مناطق کشاورزی در حاشیه رودها، سیل باعث تلفات مالی و جانی زیادی میشود. آمار در دست، نشان میدهد که در 25 سال اخیر فراوانی وقوع سیل به عدد 30 و همچنین تعداد کشتهها در این سالها، حدوداً به 60 نفر میرسد - Vatanfda و همکاران، . - 2009 بر همین اساس یکی ازراهکارهای اساسی برای کنترل و کاهش اثرات مخرب سیل، شناسایی مناطق سیلخیز در حوزههای آبخیز است.
دشتهای سیلابی و مناطق مجاور رودخانهها که به دلیل شرایط خاص، فضاهایی مناسب برای انجام فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی محسوب میشوند، همواره در معرض خطرات ناشی از وقوع سیلابها قرار دارند. از اینرو در این مناطق تعین میزان پیشروی سیلاب و ارتفاع آن نسبت به رقوم سطح زمین و نیز تعین خصوصیات سیلاب در دوره بازگشتهای مختلف که تحت عنوان پهنهبندی سیلاب صورت میگیرد، حائز اهمیت فراوان خواهد بود. روشهای موجود برای تهیه نقشههای پهنهبندی سیل را میتوان به چهار گروه عمده شامل روش مشاهدهای و استفاده از داغاب سیلاب، مقایسه عکسهای هوایی منطقه، محاسبه دستی و استفاده از مدلهای ریاضی تقسیمبندی نمود - ولیزاده، . - 1386
از انواع مدلهای ریاضی مورد استفاده برای پهنهبندی میتوان مدل هیدرولیکی Horritt - HEC-RAS و Bates، - 2002،Galland - GSTARS و همکاران، - 1991، MIKE 11 ، - Patro و همکاران، Hervouet - Telemac - 2009 و Janin ، - 1994،O'Brien - FLO-2D و همکاران، - 1993، را نام برد. در این تحقیق از بین مدلهای نامبرده مدل HEC-RAS انتخاب شد که توسط اداره مهندسی ارتش آمریکا توسعه یافته و در آخرین نگارش خود علاوه بر قابلیتهای قبلی، توانایی تحلیل فرآیند رسوب، فرسایش و کیفیت را نیز دارا میباشد. اطلاعات هندسی یکی از مهمترین اجزای مدلسازی هیدرولیکی میباشند.
در مدل یکبعدی HEC-RAS بایستی محدوده مورد نظر را در قالب مقاطع عرضی متعدد وارد مدل نمود. قابلیت این نرم افزار در مدل سازی انواع سازهها و قابلیت تحلیل جریان در حالت غیر ماندگار و همچنین گرافیک قوی این نرم افزار را یکی از کاربردیترین نرم افزارهای مهندسی آب کرده است - Us Army Corps of Engineers، . - 2002روشهای ژئومورفولوژیکی برای پیش بینی وقوع سیلاب با استفاده از دادههای توپوگرافی دقیق مورد استفاده قرار میگیرند - De Risiوهمکاران، . - 2015 در سالهای اخیر توسعه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی اجازه میدهد از روشهای ژئومورفولوژی با استفاده از مدلهای ارتفاعی دیجیتال - DEMs - برای تعیین ویژگیهای توپوگرافی و ژئومورفیک در نقشهبرداری حساسیت سیل استفاده شود.
Motevalli و - 2016 - Vafakhah ، .Manferda و همکاران - 2014 - ، نیز از تلفیق نرمافزارهای هیدرولیکی و روشهای ژئومورفولوژیکی برای تهیهی نقشه پهنهبندی سیلاب استفاده نمودهاند. ایشان نشان دادند که روشهای تلفیقی بهتر از روشهای ژئومورفولوژیکی برای تشخیص مناطق غیر سیلگیر عمل مینمایند. بهمنظور پیشبینی وقوع سیل، تکنیکهای RS و GIS توسط بسیاری از نویسندگان مانند Manfreda و همکاران - 2011 - ، انجام شد. که از شاخص توپوگرافی اصلاح شده استفاده شد - Nardiو همکاران، . - 2013 اخیرا محققانی مثل Jalayer و همکاران - 2014 - و De Risi و همکاران - 2014 - نشان دادند که کاربرد شاخص رطوبت توپوگرافی - TWI - میتواند - با استفاده از روش برآورد حداکثر احتمال برای نتایج مدل هیدرولیکی، میتواند مفید باشد. - Motevalli وVafakhah ،
. - 2016 شاخص TWI نخستین بار توسط - 1975 - Kirkby معرفی شده است. شاخص رطوبت توپوگرافی که از ترکیب مساحت حوضه بالادست و شیب بدست میآید، معمولا برای کمی کردن کنترل توپوگرافی بر روی فرآیندهای هیدرولوژیکی میباشد. این شاخص، سطح منطقهی در معرض طغیان سیل را نشان میدهد - رحیمیفر و همکاران، . - 139سیل بهعنوان یک پدیدهی مخاطره از دیرباز توجه متخصصین علوم مختلف،از جمله هیدرولوژی، هیدرولیک و آبخیزداری را به خود جلب کرده و باعث شده است که مطالعات زیادی چه در داخل و چه در خارج کشور در اینباره به عمل آید.
از نمونه تحقیقات خارجی میتوان به کار Kottegoda و همکاران - 2000 - اشاره کرد که با استفاده از تکنیک شماره منحنی و آمار بارش، جریان های ورودی سیلابی روزمره را برای سه حوضه در کشور ایتالیا مدل سازی آماری کردند. نتیجه تحقیق نشان داد که استفاده از دادههای بارش و تکنیک شماره منحنی می تواند یک روش پیشنهادی معنیدار، کاربردی و امکانپذیر برای مدلسازی آماری جریانهای روزانه باشد . Hogen و همکاران - 2010 - ، برای پهنهبندی سیلاب، مدلی به نام مهندسی معکوس سیلاب طراحی کردند که در کشورهای درحال توسعه که اطلاعات کافی جهت مطالعه سیلاب در دسترس ندارند نظیر حوضه هلمند در افغانستان بهکار رفته است.
Demir و Kisi - 2015 - ، در رودخانه Mert واقع در Samsun در کشور ترکیه اقدام به پهنهبندی سیل با بهکارگیری سامانه اطلاعات جغرافیایی و مدل هیدرولیکی HEC-RAS کردند. در پایان دریافتند که در این منطقه اضافه کردن مانع خاکریز و تنظیم پاییندست رودخانه میتواند در کاهش خطر سیل موثر باشد Sahiriparsa و همکاران - 2016 - ، در رودخانه Sungai Maka در مالزی بهمنظور شبیهسازی و پهنهبندی سیلاب از مدل تک بعدی HEC-RAS و مدل دوبعدی CCHE2D استفاده کردند. نتایج بهدست آمده حاکی از این بود که هر دو روش در اکثر مواقع مطابقت داشته و تفاوت آنها مربوط به شکل رودخانه است Khattak و همکاران - 2016 - ، در رودخانه Kabul واقع در کشور پاکستان به پهنهبندی سیل با بهرهگیری از مدل هیدرولیکی HEC-RAS و GIS پرداختند.
نتایج بدست آمده نشان داد که احتمالا 400 درصد از سطح منطقه در معرض جریان هولناک رودخانه و سیل میباشد.در ایران، خلیلی زاده و همکاران - 1384 - ، خطر سیل را در بخشی از محدوده رودخانه زیارت در حوزه آبخیز شهری گرگان با استفاده از نرمافزار HEC-RAS پهنهبندی کردند. نتایج این تحقیق نشان میدهد که تغییرات کاربری اراضی و افزایش ساخت و سازهای بیرویه در حریم رودخانه میتواند باعث افزایش دبی پیک سیلابها و درنتیجه افزایش سطح و عمق پهنههای سیلگیر میگردد. امیدوار و کیانفر - 1389 - ، با استفاده از 28 پارامتر فیزیوگرافی، هیدرومتری، نفوذپذیری و اقلیم پهنه بندی پتانسیل سیل خیزی را برای حوضه کنجانچم انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که در بین این پارامترها عامل شکل با ضریب ویژه 9/75 بیشترین تاثیر را در بین سایر عوامل، در سیل خیزی حوضه دارد.
قنواتی و همکاران - - 1391، در پژوهش به پهنه بندی سیلاب در حوزه فرحزاد با استفاده از مدل فازی پرداخته است . نتایج نشان داد که نواحی با خطر بالا در پایین دست حوزه و منطبق بر دره هستند که اغلب این مناطق درشیب 20-0 درصد و ارتفاع 2650-2300 متر میباشند. اسکندرینژاد و همکاران - 1394 - ، در حوزه آبخیز نمرود پتانسیل سیلخیزی و تاثیر آن بر ویژگیهای اقتصادی-اجتماعی مورد بررسی قرار دادند. نتایج بیانگر این بود که فاصله از رودخانه و ارتفاع بیشترین تاثیر را برای سیلگیری دارند. عابدینی و جوکدان - 1395 - ، پهنهبندی سیل را در حوزه آبخیز کرگانرود با استفاده از Arc GIS انجام دادند. طبق نتایج ایشان حوضه مذکور بهدلیل برخورداری از متوسط بارندگی سالانهی 1058/7 میلیمتر، شیب زیاد و سازندهای نسبتا نفوذناپذیر از قابلیت سیلخیزی زیادی برخوردار میباشند.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه
محدوده مورد مطالعه در غرب ایران و مرکز استان لرستان واقع در بین طولهای 47˚55 تا 48˚50 شرقی و عرضهای 32˚ 40 تا 34˚ 20 شمالی میباشد که از لحاظ تقسیمات هیدرولوژیکی یکی از زیر حوزههای، حوزه آبخیز کرخه بوده و با وسعت 2501 کیلومتر مربع در شرق حوضه واقع شده و طول آبراهه اصلی 94/5 کیلومتر است. 212 کیلومترمربع از وسعت محدوده را دشت و 2289 کیلومترمربع از وسعت آن را ارتفاعات تشکیل میدهند. وسعت دشت اصلی محدوده مطالعاتی خرمآباد - دشت مرکزی - برابر با 133 کیلومترمربع و دشتهای خرمآباد, کمالوند و دهپیر به ترتیب برابر با 25 , 21 و 32 کیلومترمربع است - مزیدی و کوشکی، . - 1392
روش پژوهش
ابتدا نقشههای مقاطع عرضی و طولی و همچنین آمار دبیهای حداکثر لحظهای و حداکثر روزانه از اداره آب منطقهای استان دریافت شد. سپس با توجه به این که دادههای مورد استفاده باید دارای سه شرط کفایت، درستی و مرتبط بودن باشند، اقدام به کنترل، تصحیح و بازسازی دادهها گردید. برای تعیین دبی حداکثر لحظهای با دوره بازگشتهای مختلف برای ترسیم پروفیل سطح آب توسط نرمافزار HEC-RAS در محل مقاطع عرضی به دبی حداکثر لحظهای سیل با دوره بازگشتهای مختلف نیاز بود. جهت بهدست آوردن
