بخشی از مقاله
چکیده
مدلسازی فرآیند بارش- رواناب و پیشبینی دبی رودخانهها ی ک اقدام مهم در مدیریت و مهار سیلابها، طراحی سازههای آبی در حوزههای آبخیز و مدیریت خشکسالی است. ضرورت آگاهی از وضعیت منابع آبی و ن زولات جوی در حوزههای آبریز مختلف برای اجرای طرحهای آبی از یکسو و وجود نداشتن شبکه مناسبی از ایستگاههای اندازهگیری پارامترهای هواشناسی و آبشناسی از سوی دیگر، اهمیت استفاده از روشهای غیرمستقیم برا ی شبیهساز ی جریان و محاسبه حجم رواناب در حوزه آبریز را بیشتر آشکار میسازد.
در بین روشهای غیرمستقیم، فنون پیشرفتهای نظی ر سنجشازدور - RS - و سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - که امکان اطلاع از شرایط حوزه از جنبههای مختلف و تجزیهوتحلیل سریعتر و دقیقتر این اطلاعات را میسر ساختهاند، جایگاه ویژهای در مطالعات هیدرولوژیکی و منابع آبی یافتهاند. مدل wetspa نمونهای از این مدل هیدرولوژیکی توزیع یافته مکانی است که با هدف رسیدن به راهبردهای مدیریت پایدار آبخیز طراحی و ساخته شد. شبیهسازی فرآیند بارش- رواناب در حوزه آبریز از دیدگاه درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، پیشبینی جریان، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازههای کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت ویژهای دارد. مدل Wetspa بر اساس شبکه سلولی و در مقیاس حوزه آبریز عمل میکند و درنتیجه عملکرد آن بهصورت پیوسته است.
در این پژوهش ابتدا جریان روزانه رودخانه حوزه بشار استان یاسوج، با استفاده از مدل wetspa در محیط GIS و با شرایط کاربری اراضی فعلی شبیهسازی شده و بعد از کالیبراسیون و اعتبار سنجی مدل به تحلیل تأثیرات تغییر کاربری بر روی جریان بهویژه دبی پیک جریان پرداخته شد. برای این منظور نقشه کاربری بهینه حوزه با استفاده از مدل آمایش سرزمین مخدوم تولیدشد و مجدداً جریان رودخانه بهوسیله مدل شبیهسازی گردید.
نتایج حاصل از بهکارگیری مدل wetspa در حوضه آبریز بشار دقتی معادل 80 درصد را بر اساس ضریب ناش- ساتکلیف - NS - نشان میدهد. همچنین شبیهسازی جریان بهصورت کاربری بهینه نشان داد که هیدروگراف جریان رودخانه با تأخیر به اوج خود میرسد و در مقایسه با هیدروگراف کاربری فعلی دیرتر فروکش میکند. علاوه بر این دبی اوج هیدروگراف نیز بعد از تغییر کاربری بهینه پایین آمده است.
-1 مقدمه
تحلیل سیستمهای مربوط به چرخه آب در مدیریت حوزه آبخیز برای دستیابی به اهداف مدیریتی جایگاه مهمی دارد و مدلسازی یک ابزار مهم و کارآمد برای تحلیل سیستمها است که در فرآیند شبیهسازی بارش و رواناب نیز میتوان از آن استفاده کرد. شبیهسازی فرآیند بارش - رواناب در حوزه آبخیز از نقطه نظر درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازههای کنترل سیلی و ذخی ره سیلاب اهمیت ویژهای دارد. در این راستا مدلهای بسیاری جهت شبیهسازی فرآیندهای حوزه آبخیز وجود دارد که مدلهای توزیعی از جمله آنها میباشند. برآورد بارش - رواناب با مدلهای هیدرولوژیکی توزیعی و یا استفاده از تکنیک سامانه اطلاعات جغرافیایی بهصورت گسترده امکانپذیر، کاربردی و متداول شده است.
مدل هیدرولوژیکی Wetspa یک مدل زمان پیوسته و توزیعی مکانی با پایه فیزیکی است که قابلیت شبیهسازی فرسایشی و انتقال رسوب نیز در آن توسعه دادهشده است. استخراج روابط بین بارش و جریان ناشی از آن، از دیرباز جزو مهمترین مسائل موردتوجه هیدرولوژیست ها بوده است .[1] کاربرد هیدروگراف واحد ارائهشده توسط شرمن - 1932 - ، امکان برآورد رواناب سطحی را در حوزههایی با آمار کم فراهم میکند. از جمله پژوهشگرانی که در این زمینه مطالعاتی داشتهاند میتوان اشاره داشت.
ونگ و همکاران مدل توزیعی Wet Spa را در حوزه آبخیز ترکلیپ مولنبیک در بلژیک اجرا نمودند و نتایج بیانگر این بود که مدل به خویی قابلیت پ یشبینی رواناب سطحی را دارا است. علاوه بر این نتایج نشان دادند ترکیب مدلسازی توزیعی و GIS بسیار سودمند است.[2] لی یو و همکاران، در مقالهای به بررسی انتقال جریان بر اساس مدلسازی سیلاب در حوضه آلزیت در لوگزامبورک پرداختند. آنها مدل را با دادههای دبی و رواناب ساعتی مشاهده شده در 30 ماه آزمون کردند و نتایجشان بیانگر توانایی بالایی مدل بهمنظور بررسی تأثیر کاربری اراضی و پوششی خاک بر روی رفتار هیدرولوژی رودخانه بود.[3] لیو و دی اسمیت، مدل WetSpa را با گام زمانی یکساعته در حوزه آبخیز کوچکی با مساحت 6778 کیلومترمربع، در بلژیک اجرا نمودند.
آنالیز آماری هیدروگراف های حاصل از مدل و هیدروگراف های مشاهدهای نشان داد که مدل بهخوبی قابلیت پیشبینی جریانهای عادی و سیلابی را دارد.[3] ریتابول و همکاران - 2007 - ، با استفاده از مدل هیدرولوژیکی WetSpa به پیشبینی رواناب در رودخانه سیمیو، در محدوده دریاچه وکتوریا در تانزانیا پرداختند. نتایج به دست آمده از آزمون مدل توسط آنها نشان داد که مدل بهخوبی قابلیت روندیابی جریان در رودخانه را دارد.[4] در ایران نیز مطالعات کبیر و همکاران - 2010 - کاربرد مدل هیدرولوژیکی توزیعی WetSpa را در حوزه گرگانرود با مساحت 9717 کیلومترمربع موردبررسی قرار دادند.
نتایج شبیهسازی نشان داد تطابق خوبی بین هیدروگراف های محاسبهشده و مشاهدهای وجود دارد و با توجه به معیار ناشی - ساتکلیف مدل هیدرو گرافهای روزانه را با دقت 71 تا 77 درصد پیشبینی کرد .[5] بهرهمند و همکاران - 2005 - ، با استفاده از مدل Welspa در رودخانه هورنارد حوزه اسلواکی با مساحت 292؛ کیلومترمربع نشان داد که در خروجی حوزه و در زیرحوزههای اصلی، انطباق خوبی ب ین هیدروگراف حاصل از مدل با هیدروگراف مشاهدهای وجود دارد و با توجه به معیار ناشی - ساتکلیف مدل هیدرو گرافهای روزانه را با دقت، 75 تا 85 درصد پیشبینی کرد.[6,7] صفری و همکاران - 2009 - ، کاربرد مدل هیدرولوژیکی توزیعی WetSpa را برای پروژهای در آمریکا موردبررسی قرار دادند.
آنها در این پژوهش برای ارزیابی عملکرد مدل از معیار یکپارچگی که نشاندهنده میزان اختلاف شکل، اندازه و حجم هیدروگراف مشاهدهای و شبیهسازی شده است و استفاده کردند. نتایج برا ی کالیبراسیون پنج رودخانه حوزه، بهجز رودخانه بلو عالی تا خیلی خوب و برای کل دوره اعتبار سنجی، خوب تا خیلی خوب بود که نشان داد مدل قادر است فرآیندهای هیدرولوژیکی مربوطه را با دقت شبیهسازی کند.[8]
یعقوبی و همکاران در حوزه آبخیز چهل چای، نقشه ضریب رواناب را با استفاده از مدل WetSpa به دست آوردند و به این نتیجه رسیدند که با اصلاح و بهبود کاربری اراضی در این مناطق، میتوان تولید رواناب را کاهش داد.[9] از بین مطالعاتی که در زمینه سیل و شبیهسازی جریان رودخانه انجام شده چنین برمیآید که استفاده از مدلها ضرورتی اجتنابناپذیر است. از طرفی برای انجام مدیریتی مقبول در سطحی وسیع لازم است از وضعیت قسمتهای مختلف آن آگاه شد، که این امر با استفاده مدلهای توزیعی تا حدی میسر میشود. از جمعبندی مطالعات انجام شده بر روی منابع مختلف چنین استنباط میشود که در داخل کشور مطالعات محدودی بر اساس مدل WetSpa صورت گرفته، علاوه بر آن اکثر مطالعات انجام گرفته در زمینه مدل WetSpa در اقلیم معتدل و مرطوب صورت گرفته و تاکنون این مدل در اقالیم خشک و نیمهخشک کشور موردمطالعه قرار نگرفته است.
-2 مواد و روشها
1؛2 منطقه موردمطالعه
رودخانه بشار از زیر حوزههای کارون بزرگ است که از کوههای سپیدان واقع در استان فارس سرچشمه گرفته و پس از عبور از دشت یاسوج و پیوستن رودخانههای کوچک و بزرگی به آن از جمله رودخانه کبکیان که از مناطق دشتروم و سپیدار سرچشمه میگیرد با عبور از منطقه پاتاوه سرانجام به رودخانه ماربر پیوسته و رودخانه خرسان را تشکیل میدهد. حوزه آبریز رودخانه بشار تقرباًی مستطیلی شکل با طول حدود 366 کیلومتر است؛ که در محدوده طولهای جغرافیایی 4364 و 4341 شرقی و عرضهای جغرافیایی 1630 و 1362 شمالی قرار گرفته است. مساحت حوزه آبریز بشار با خروجی ایستگاه هیدرومتری پاتاوه 2793 کیلومترمربع و بلندترین نقطه آن قله دنا به ارتفاع 9466 متر از سطح دریا است.
مساحت زیادی از وسعت حوزه مذکور از پهنههای کارستی و ارتفاعات برفگیر تشکیل شده است و به همین دلیل درصد نفوذ بالا و مقدار کمی از بارندگی به سیلاب تبدیل میشود. محورهای اصلی بازدید از منطقه در این بخش از مطالعات مشاهده وضعیت عمومی حوزه ازنظر پوشش گیاهی، مورفولوژی و ایستگاهها بوده است. بررسیهای محلی نشان داد که گسترش پوشش گیاهی و وجود دشتهای وسیع و جنگلهای گسترده در منطقه متأثر از عامل بارندگی و ارتفاع بالای حوزه است.
