بخشی از مقاله
خلاصه
از مسائل مطرح در مدیریت آب در حوضههای آبریز، برآورد میزان تولید رسوب هر یک از زیرحوضهها و شناسایی زیرحوضه غالب در تولید رسوب است. اخیراً حوضه آبریز کن بدون توجه به شناسایی محلهای تولید رسوب بشدت مورد توجه ساخت و ساز قرار گرفته است که بهرهبرداری طولانیمدت از این حوضه و تأسیسات روی رودخانه را با مشکلات جدی روبرو مینماید.
در این مقاله با استفاده از مدل SWAT، تولید رسوبات رودخانه کن شبیه سازی گردید. واسنجی و اعتبارسنجی رواناب و رسوب این مدل با استفاده از مقادیر اندازهگیری شده ایستگاههای رندان،کیگا، کشار و سولقان به کمک مدل SWAT-CUP انجام گرفت. نتایج مدلسازی انجام شده از سال 2004 تا 2012، مقدار رسوبدهی رودخانه را حدود 115 ton/year/ km2 برآورد میکند که عمدتا ناشی از زیرحوضه رندان است. این مقدار بدلیل اقدامات حفاظتی انجام گرفته در سال 2002، در مقایسه با مقدار متداول رسوب رودخانهها 400 - تا - 500 ton/year/ km2 مقدار کمی است.
1. مقدمه
یکی از مسائل روز مطرح در حوضههای آبریز، برآورد میزان تولید رسوب و در نتیجه تاثیر آن بر حمل رسوب میباشد. حمل رسوب ازجمله ویژگیهای شاخص رودخانهها در شرایط طبیعی است. مواد رسوبی حمل شده به پیروی از تغییر ویژگیهای هندسی رودخانه و خصوصیات جریان، فرصت ترسیب یافته و این فرآیند به صورت پدیده تراز افزایی یا رسوبگذاری در بازههای مختلف رودخانه خودنمایی میکند. در این تحقیق به برآورد میزان بار رسوب با منشا حوضهای پرداخته شده است
وضعیت کاربری اراضی حوضههای آبریز از جمله عوامل تأثیرگذار در تغذیه رسوبی رودخانهها بوده و بر ظرفیت انتقال رسوب اثر میگذارد. با توجه به آنکه اخیراً حوضه آبریز کن بشدت مورد توجه ساخت و ساز قرار گرفته است، لذا با تغییرکاربری منطقه شاهد رسوبگذاری در بستر رودخانه بودهایم. مهمترین عواقب ایجاد رسوب در رودخانهها، در عوارض اقتصادی حاصل از آن است. از اینرو شبیهسازی میزان تولید و انتقال رسوب و شناسایی زیرحوضه غالب در تولید آن، به منظور بهرهبرداری حداکثری از رودخانه و به حداقل رساندن اثرات منفی آن و تامین اطلاعات مورد نیاز برای اقدامات مدیریتی جهت کاهش میزان رسوب ورودی و جلوگیری از فرسایش به منظور حفظ طبیعت امری ضروری میباشد.
با توجه به توضیحات فوق هدف این پژوهش مدلسازی میزان تولید رسوب حوضه آبریز کن میباشد. در بین مدلهای موجود، از مدل شبیهسازی SWAT که یکی از پرکاربردترین مدلها جهت مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز میباشد استفاده شده است2]و. [ 3 بتری و همکاران در سال 2012 به مدلسازی میزان حمل رسوب حوزه آبریز رودخانه بلو پرداختند که نتایج رضایت بخشی دربر داشت [4] مانوژ و همکاران در سال 2004 از این مدل در تخمین میزان رسوب تولیدی حوضه رودخانه می سی سی پی استفاده کردهاند
واسنجی مدل SWAT در عین اهمیت بسیار وقتگیر است، لذا به منظور تسریع مراحل واسنجی و ارزیابی عدم قطعیت نتایج مدل از نرمافزار SWAT-CUP که توسط عباسپور در سال 2009 توسعه یافته استفاده شده است .[6] به این مدل از روشهای گوناگونی برای واسنجی پارامترها استفاده میکند. عباسپور و همکاران در سال 2007 با استفاده از روش SUFI عدم قطعیت 95 درصدی نتایج رواناب و رسوب توسط مدل SWAT را بررسی و به نتایج رضایت بخشی در خصوص برآورد رسوب توسط این مدل دست یافتند
2. مواد و روشها
1-2 منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حوضه آبریز کن، از حوضههای شمالی شهر تهران میباشد و از شمال و غرب به حوضه کرج و از شرق و جنوب به دشت تهران میرسد. این رودخانه به طول 33 کیلومتر با بده متوسط 2700 لیتر بر ثانیه، پرآبترین رود تهران است و سالانه حدود پنج میلیون متر مکعب از آب این رودخانه برای دریاچه چیتگر منطقه 22 اختصاص مییابد. ارتفاع متوسط حوضه 2377 متر از سطح دریای آزاد است. مرتفعترین نقطه حوضه با 3822 متر در زیرحوضه امامزاده داوود - ع - واقع شده است و پستترین نقطه با 1327 متر در زیرحوضه پاییندست سولقان قرار دارد
حوضه کن تا خروجی مورد مطالعه - محل تقاطع رودخانه کن با اتوبان همت - دارای مساحت 216 کیلومترمربع، طول 15 کیلومتر و شیب متوسط %6 از شمال به جنوب میباشد. آزمایشهای مکانیک خاک مصالح تشکیل دهنده رودخانه را درشتدانه و هموزن نشان میدهد .[9] شکل 1 موقعیت حوضه مطالعاتی کن در استان تهران به همراه رودخانههای اصلی و زیرحوضههای آن و شکل 2 ایستگاههای سنجش دبی و رسوب را نشان میدهد.
شکل 1 حوضه مطالعاتی کن، رودخانهها و زیرحوضههای آن شکل 2 ایستگاههای سنجش دبی و رسوب منطقه مطالعاتی کن
2-2 معرفی مدل
SWAT مدلی جامع برای شبیهسازی هیدرولوژیکی جریان آب رودخانه، پاسخ حوضه آبریز به تغییرات کاربری اراضی و اقلیم و آثار عملیات مدیریت حوضه بر آب، رسوب و مواد شیمیایی کشاورزی در حوضههای پیچیده میباشد و به شبیهسازی فرآیندهای مربوط به هیدرولوژی میپردازد که در این پژوهش مولفه رسوب مورد مطالعه قرار گرفته است.
این مدل مفهومی به شبیهسازی فرآیندها - حرکت آب، رسوب، رشد گیاه و غیره - میپردازد. به این منظر مدل نیازمند اطلاعات هیدرولوژیکی، مدل رقوم ارتفاعی - DEM - ، خاک و کاربری اراضی در سطح حوضه است. در مدل SWAT حوضه بر اساس نقشه ارتفاعی، DEM به تعدادی زیرحوضه و هر زیرحوضه با توجه به نقشههای خاک و کاربری اراضی به واحدهای واکنش هیدرولوژیکی مشابه،HRU1 تقسیم میشود. در ابتدا مقدار رطوبت خاک، رواناب سطحی، چرخه عناصر غذایی، رسوب، رشد گیاهان و روشهای مدیریتی برای هر HRU شبیهسازی شده و درنهایت این خصوصیات برای هر زیرحوضه متوسط وزنی گرفته میشود.
معادله اصلی برآورد رواناب معادله بیلان آب است. به روش شماره منحنی SCS، ابتدا رواناب سطحی برای هر واحد واکنش هیدرولیکی HRU شبیهسازی و بر اساس آن کل رواناب حوضه روندیابی میشود. برای تعیین سرعت جریان در آبراههها و روندیابی به ترتیب از معادله مانینگ و روش ماسیکینگام1 یا ذخیره متغیر استفاده شده است. شبیهسازی تولید رسوب در مدل بر اساس معادله اصلاح شده جهانی فرسایش خاک MUSLE انجام میشود که بر اساس آن برای هر روز با بارندگی و رواناب مشخص میزان تولید رسوب هر HRU در حوضه تعیین میگردد
در این پژوهش با استفاده از 30 DEM متری حوضه آبریز بر اساس مساحت زهکش هر بخش به 10 زیرحوضه و براساس یکسانی مکانی ویژگیهای کاربری اراضی و خاک به 1046 واحد هیدرولوژیکی تقسیم شد. واسنجی مدل با استفاده از نرمافزار SWAT-CUP و روش SUFI-2 انجام گرفت. این نرمافزار از نتایج مدل SWAT استفاده کرده و با تعریف پارامترهای مورد نظر و با توجه به مقادیر مشاهدهای ایستگاههای موجود، مراحل واسنجی را انجام میدهد.
در ابتدا پارامترهای مربوط به دبی تعریف شده و واسنجی دبی انجام گرفت و در گام بعد با استفاده از نتایج آن واسنجی رسوب انجام شد. درنهایت مقادیر پارامترهای واسنجی شده توسط مدل SWAT-CUP به مدل SWAT وارد شده و خروجی نهایی حاصل میگردد. روش SUFI-2 میزان عدم قطعیت مدلسازی را توسط معیار p-factor - که بیانگر معیار درصد دادههای اندازهگیری شده درون باند %95 است - ارزیابی میکند. پارامترهای بکار رفته در این پژوهش جهت واسنجی دبی و رسوب باتوجه به تحقیقات قبلی در این زمینه به شرح جدولهای 1 و2 میباشد
جدول 1 پارامترهای بکار رفته در کالیبراسیون دبی
جدول 2 پارامترهای بکار رفته در کالیبراسیون رسوب
