بخشی از مقاله
چکیده
پیشبینی رفتار هیدرولیکی رودخانه در مقابل سیلابهای احتمالی جهت کاهش خسارات وارده به مزارع و سایر کاربریها در اطراف رودخانه از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. در این تحقیق با استفاده از مدلهای تحلیل رودخانه - HEC-RAS - و سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - به پهنهبندی سیلاب با دوره بازگشتهای 25، 50، 100، 200 و 500 سال در رودخانه زاینده رود واقع در استان اصفهان پرداخته شد و سطوح سیلگیری در دوره بازگشتهای مذکور تعیین گردیده است.
به این منظور از نقشه توپوگرافی 1:2000، آمار دبی ایستگاههای پل چوم و ورزنه استفاده شده است. نتایج حاصل نشان دهنده دقت بالای ترکیب سامانه اطلاعات جغرافیایی و نرم افزار هیدرولیکی HEC-RAS در استخراج پهنه سیلاب و مدلسازی رودخانه میباشد. همچنین بیشترین سطح سیلگیری برای دوره بازگشت 500 سال با 701/709 هکتار و کمترین سطح سیلگیری برای دوره بازگشت 25 سال با 586/102 هکتار میباشد.
مقدمه
در فرهنگ بینالمللی، سیلاب به جریان آبی با دبی بالا گفته میشود که طی آن آب بالا آمده و زمینهای اطراف را کهمعمولاً زیر آب نیستند غرقاب میکند . دشت های سیلابی به دلیل وجود منابع مختلف از اهمیت زیادی برخوردارند و همواره مورد توجه جوامع بشری قرار گرفتهاند. به طور کلی به سه گونه سیلابهای ناشی از باران، ترکیب ذوب برف و باران و در مواقعی ذوب برف هستند. در مناطق گرم و خشک ایران از جمله مناطق جنوبی، جنوب غربی، مرکزی و شرقی، سیلابهای ناشی از باران، به ویژه بارانهای شدید و کوتاه مدت، گونه غالب سیلابها هستند
طبق گزارشهای طرح ملی آمادگی و کنترل سوانح طبیعی کشور، ایران در 25 سال گذشته با 967 سیل روبرو بوده که از میان 117 سیل بسیار مهم، با خسارات و تلفات فراوان همراه بوده است. طی این سالها به طور متوسط با 39 سیل در سال، 916 میلیارد و 200 میلیون تومان به کشور خسارت وارد شده است که متوسط خسارت سالانه 36 میلیارد و 600 میلیون تومان بوده است - مددی و همکاران، . - 2015 خسارت ناشی از سیل در ایران در دهه هفتاد معادل 1600 میلیارد ریال برآورد شده است
اولین گام در طرحهای مدیریتی سیلاب و دشتهای سیلابی تهیه نقشه پهنهبندی سیل است. از موارد کاربرد این نقشهها میتوان به تعیین بستر و حریم رودخانهها، مطالعه و توجیه اقتصادی طرحهای عمرانی، پیشبینی و هشدار سیل و بیمه سیل اشاره نمود. برای تهیه این نقشهها روشهای متفاوتی وجود دارد که یکی از آنها استفاده ازGIS و تلفیق آن با مدلهای هیدرولیکی و هیدرولوژیکی است
در زمینه کاربرد مدلهای هیدرولیکی و GIS در پهنهبندی سیلاب و ارزیابی خسارت مطالعات متعددی در نقاط مختلف جهان صورت گرفته است که به برخی از موارد اشاره می شود. بختیاری و همکاران - 1391 - در تحقیقی، اثر سازههای عرضی احداث شده روی رودخانه باراجین واقع در استان قزوین بر روی پهنه سیلاب و نیز کاربریهای حاشیه این رودخانه مورد بررسی قرار دادند. برای این منظور از نرم افزارHEC-RAS و سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - استفاده شده است.
نتایج حاصل نشان دهنده دقت بالای ترکیب سامانه اطلاعات جغرافیایی و نرم افزار هیدرولیکی HEC-RAS در استخراج پهنه سیلاب و مدلسازی رودخانه میباشد. یمانی و همکاران - 1391 - در یکی از زیر حوزههای مهم سفید رود به تعیین پهنههای سیلگیری با دوره بازگشتهای 2 تا 200 ساله با استفاده از مدل HEC-RAS و الحاقیه HEC-geo-RAS پرداختند. نتایج حاصل از مدل هیدرولیکی به محیط ArcGIS وارد و نقشههای پهنه سیلاب با دوره بازگشت مختلف را استخراج کردند.
نتایج نشان داد که از کل مساحت در قلمرو سیل 200 ساله حد ود 88/16 درصد مستعد سیلگیری توسط سیل با دوره برگشت 25 سال و کمتر از آن است. زرگر و معصومی نژاد - 1390 - با مطالعه بر روی رودخانه چناران بجنورد، کاربرد GIS را در تعیین حد حریم و بستر رودخانهها مورد بررسی قرار دادند و به پهنهبندی سیلاب در سطح این رودخانه پرداختند.
ترابی پوده و یونسی - 1388 - در بخشی از منطقه اراضی شرق استان خوزستان به پهنهبندی و تعیین عمق سیلاب در منطقه مذکور با استفاده از نرم افزارهای WMS، HEC-RAS و GIS پرداختند. نتایج نشان داد که عمق سیلاب را میتوان متناظر با عمق نرمال جریان از طرف کوهستان به طرف دریا در نظر گرفت همچنین احداث یک خاکریز به ارتفاع 1/5 متر در محیط میتواند پالایشگاه را در مقابل سیلابها ایمن سازد. غریب و همکاران - 1386 - در محدوده رودخانه قره چای در حوزه شهر رامیان به پهنهبندی خطر و ارزیابی خسارت سیل پرداختند و با استفاده از نرم افزار HEC-RAS پروفیل سطح آب را با دوره بازگشت معین تعیین کردند و سپس برای تعیین پهنههای خطر سیل با استفاده از نرم افزار Autocad و مشخص بودن رقوم سطح آب در مقطع، پهنههای خطر سیل در دورههای بازگشت مختلف ترسیم شد. پس از تعیین سطح و عمق میانگین سیل برای مناطق در معرض خطر و با استفاده از توابع خسارت سیل، مقادیر خسارت احتمالی محاسبه و منحنی تراز -خسارت نیز به صورت جداگانه ترسیم شد.
سنت-جورز و همکاران - 2015 - 1 در فرانسه بهمنظور رتبه بندی منابع عدم قطعیت در مدلسازی خسارت سیل با تجزیه و تحلیل منابع عدم اطمینان از طریق زنجیره مدلسازی به ارزیابی عدم قطعیت با استفاده از روش مونت کارلو پرداختند و نشان دادند که رتبهبندی عدم اطمینان بستگی به بخش اقتصادی - مسکن خصوصی، زمین کشاورزی، فعالیتهای اقتصادی - دارد و عدمقطعیت در منحنی عمق- خسارت قابل توجه است.
مول و همکاران - 2012 - 2 در غرب هند به منظور محاسبه پهنه سیل و عمق با استفاده از مدلهای دوبعدی جریان و برآورد عدم قطعیت با روش مونت کارلو انجام دادند در مجموع عدم قطعیت در دوازده پارامتر ورودی در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد که عدمقطعیت خسارت سیل با محدود اطمینان 95 درصد قابل توجه است و نشان دادن که این پارامتر تأثیرگذارترین عدم قطعیت در منحنی عمق خسارت است.
سوریا و موگال - 2011 - 3 در یک مطالعه موردی در حوزه آبریز تیروسولام هند با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS تأثیر تغییر کاربری اراضی تحت تأثیر توسعه شهرنشینی را بر نقشه خطر سیل مورد مطالعه قرار دادند. ناپرادین4 و کایر - - 2006 نقشه پهنه بندی خطر سیلگیری را برای حوضههای آبریز کوچک در نزدیکی دریای بایا 5 در دره آستورو6 تهیه کردند. برای این منظور از ترکیب دو برنامه WetSpa و Hec-Ras استفاده کردند، بدین ترتیب که از خروجی دادههای برنامه WetSpa به عنوان ورودی برای برنام Hec-Ras استفاده شد و برای هر دو مدل از نرم افزار ArcView استفاده گردید.
تورندی کراتت و همکاران - 2005 - 7 بر روی رودخانهای واقع در شمال شرق اسپانیا با بررسی سابقه طولانی مدت دبی سیلاب و محاسبه پروفیل سطح آب سیلاب، از مدل یک بعدی HEC-RAS را در محیط GIS انجام دادند. نتایج نشان داد که برای 25 درصد تغییرات در مقدار ضریب زبری مانینگ خطا 10-5 درصد بوده و با یک طراحی حداکثر ظرفیت دبی، ماکزیمم دبی 4000 متر مکعب بر ثانیه برآورد گردیده است.
یانگ و تسای - 2000 - 8 در کشور تایوان مدلی به نام FGIS را برای شبیه سازی دشت سیلابی، محاسبات خصوصیات سیل و نشان دادن خصوصیات سیل طراحی کردند. در این تحقیق علاوه بر شبیه سازی دشت سیلابی، از منحنی عمق- خسارت نیز برای تعیین مقدار خسارت استفاده کردند که در این سیستم میانگین خسارت سالانه سیل را به وسیله احتمال بارندگی با دوره بازگشت مختلف با تداوم 24 ساعته مشخص کردند. ایکرمن و همکاران - 1999 - 9 از HEC-Geo-RAS به عنوان برنامه مرتبط کننده ArcView و HEC-RAS استفاده کردند و به این ترتیب برنامه HEC-Geo-RAS برنامه مرتبط کننده ArcView و HEC-RAS توسط HEC ارائه شد که از آن به منظور استخراج اطلاعات جغرافیایی مورد نیاز HEC-RAS استفاده میشود.
بیورز - 1994 - 10 اولین فعالیتها را در زمینه برقراری پیوند بین مدلهای هیدرولیکی و GIS انجام داد. به این ترتیب ابزاری به نام Arc/HEC به منظور کمک به هیدرولوژیستها در تحلیلهای مربوط به پهنهبندی عوارض زمین را از پوششهای روی نقشه استخراج نموده و سپس دادههایی را که توسط کاربر به عنوان ورودی سیستم معرفی می شود، بر روی آن درج نماید .
این ورودیها میتواند مقادیر ضریب زبری مانینگ، ثابتهای انقباض و انبساط کانال و غیره باشد. با توجه به مطالعات انجام شده تلفیق مدلهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی به منظور شبیه سازی سیلاب کمتر انجام شده است. در این تحقیق در وهله اول به پهنهبندی سیلاب با دوره بازگشتهای مختلف بر روی قسمتی از رودخانه زاینده رود واقع در استان اصفهان پرداخته شد و سپس سطح سیلگیری سیلاب با دوره بازگشتهای مختلف محاسبه گردیده است.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه دارای مختصات جغرافیایی 32 تا 33 درجه وَ20 دقیقه عرض شمالی و 51 تا 52 درجه و 40 دقیقه طول غربی قرار دارد و دارای وسعت تقریبی 660 هزار هکتار میباشد - خنامانی و همکاران، . - 1393 حوضه آبریز زاینده رود با مساحت تقریبی 26917 کیلومتر مربع در بر گیرنده قسمت عمدهای از حوضه آبریز گاو خونی میباشد که حوضه آبریز تالاب گاو خونی خود جزئی از حوضه آبریز کویر مرکزی ایران است.
رودخانه زاینده رود یکی از مهمترین، بزرگترین و پر آبترین رودخانههای حوضههای داخلی کشور بوده که حوضه آبریز اصفهان و گاوخونی را زهکشی نموده و به مرداب گاوخونی ختم مینماید و از دامنههای شرقی رشته ارتفاعات زاگرس و کوههای مرتفع زردکوه بختیاری که یکی از نقاط بلند آن حدود 4220 متر ازسطح دریا ارتفاع دارد سرچشمه میگیرد. مسیر آن در ابتدا پرپیچ و خم و مرتفع و کوهستانی بوده و به تدریج که وارد جلگه اصفهان میگردد از شیب آن کاسته شده و سپس از مشروب نمودن آن وارد گاوخونی میشود. آبخوان کوهپایه سگزی در شرق حوضه آبریز زاینده رود واقع شده است
