بخشی از مقاله
محاسبه ضریب سیل خیزي با استفاده از GIS
(مطالعه موردي حوضه دوراهان)
چکیده
مطالعات سیل به منظور برنامه ریزي ، بهره برداري بهینه و مدیریت این پدید ه طبیعی از جمله مسائل مبتلا به کشور است. شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک بخش وسیعی از کشور سبب شده است علیرغم تحمیل خسارات سنگین ناشـی از بـروز خشکسـالی ، همه ساله شاهد بروز سیلابهاي مخرب با دامنه خسارات وسیع بود.در این تحقیق میزان تاثیر هر یک از زیرحوزه هـا در دبـی اوج و میزان سیلاب خروجی با وقوع هر رویداد بارش در حوزه آبخیز دوراهان تعیین گردید. بر اساس نتایج بدست آمده، زیر حوزه هاي 6
و 5 به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را در سیل خیزي حوزه در بارش با دوره بازگشت 100 سال داشته اند.
واژه هاي کلیدي :حوزه آبخیز دوراهان، رواناب،دبی اوج، سیلاب، سیل خیزي.
مقدمه
از سالها دور بشر با زندگی در دشتهاي سیلابی و حاشیه رودخانه ها سعی کرده تا از جریان آب جهت تامین آب شرب ، کشاورزي و صنعت استفاده نماید . بدیهی است مطالعه منابع آب در هر منطقه اي یکی از ضروریات مهم در برنامه ریزي هاي توسعه اقتصادي و اجتماعی جوامع به شمار می رود.
وقوع سیلاب یکی از خطراتی است که همیشه ساکنان حاشیه رودخانه ها را تهدید می نماید . اما رویداد،اندازه و تکرار سیل ناشی از عوامل متعددي است که بسته به شرایط اقلیمی، طبیعی و جغرافیایی هر منطقه تغییر می کند. به همین دلیل رابطه بین بارنـدگی و رواناب به طور محسوس از حوضه اي به حوضه دیگر متفاوت است. نه فقط هر حوزه بلکه هر زیر حوضه نیز شـرایط ویـژه خـود را دارد که بایستی به طور مستقل مورد بررسی قرار گیرد.( غیور،.(1371 در مدیریت آبخیزداري حوزه ها، تعیین شدت سـیل خیـزي زیرحوزه ها و مقایسه هایی که از این بابت در تعیین اولویت بندي ها و سیاست گذاري هایی که لازم است انجـام گیـرد از اهمیـت بالایی برخوردار است (مرید و همکاران،.(1375با توجه به اینکه براي جلوگیري از بروز این گونه پدیده هاي زیان بار در زمان حاضر نمی توان در عوامل و عناصر جوي تغییر ایجاد کرد، بنابراین هرگونه راه حل اصـولی و چـاره سـاز را بایـد در روي زمـین بـویژه در حوضه هاي آبریز جست و جو کرد. از این نظر، مناطقی که پتانسیل بالایی در ایجاد سیل دارند باید شناسایی شوند. در ایـن زمینـه اولین گام که براي کاهش خطر سیل مطرح می شود، مهار سیل در سرمنشأ آن – یعنی در زیرحوضه ها- است. مسلماً بـراي انجـام این کار به شناساسس مناطق سیل خیز در داخل حوضه نیاز است، زیرا به دلیل وسعت زیاد وگستردگی حوضـه هـاي آبریـز انجـام عملیات اجرایی و اصلاحی در سراسر حوضه امکان پذیر نیست و حتی در صورت عدم بررسی دقیق می تواد امکان تشدید دبـی اوج را با تغییر همزمانی دبی هاي اوج زیر حوضه ها سبب گردد.(خسروشاهی،ثقفیان،(1381 اطلاعات موجود از سیل در طی سا ل هاي اخیر حاکی از روند افزایشی وقوع این پدیده در حوزه هاي آبخیز می باشد، بطوریکه هر ساله در قانون بودجه، اعتبارات قابل توجهی براي بازسازي مناطق سیل زده و آسیب دیدگان حاصل از آن پیش بینی می گردد(روغنی،م،.(1382 حوزه ي آبخیز زمانی می تواند سیل خیز محسوب شود که فراوانی وقوع سیلاب درآن حوزه از سایر حوزه هاي دیگر بشتر باشد حال ممکن است این فراوانی بطـور مکرر و یا دردوره هاي چندساله اتفاق بیفتد.(طهماسبی پور وهمکاران،(1391به لحاظ اینکـه سـیلاب عـلاوه برتخریـب تاسیسـات احداثی در مسیر رودخانه ها ، می تواند باعث خرابی سدهاي بزرگ شده و حجم عظیمی از آب به پایین دست جاري می گردد لـذا تحلیل فراوانی وقوع سیلابها اهمیت بسزایی در کارهاي آبی پیدا کرده است . این تحلیل فقط بعنـوان وسـیله اي بـراي کـم کـردن خطرها بکار نمی رود بلکه از آن براي بالا بردن کارایی طرحها نیز استفاده می شود.(عبدي،(1385
مطالعه این موضوع در حوزه دوراهان نیز ضروري بوده و لازم است تحلیل ضریب سیل خیزي و فراوانـی وقـوع سـیلاب بـراي دوره بازگشتهاي مختلف برآورد و مورد بررسی قرار گیرد تا بدین وسیله مناطق حساس خطر خیز را مشخص کـرده واقـدامات حفـاظتی لازم را بعمل آورد. منظور از محاسبه ضریب سیل خیزي تلاش براي رسیدن به یک شـاخص اسـت کـه از طریـق فرمـول مربوطـه محاسبه شده است و سپس با استفاده ازGIS نقشه هاي ضریب سیل خیزي تهیه می شود.(طهماسبی پور و همکاران،(1391
مشخصات منطقه مورد مطالعه حوزه آبخیز دوراهان با مساحت 78/87کیلومتر مربع در فاصله تقریبی 110 کیلومتري جنوب شرقی شهرکرد در استان چهارمحال
و بختیاري قرار گرفته است. گسترة این حوزه بین مختصات جغرافیاییً07و 03 و 51o ًتا47 َو12 و 51 o طـول شـرقی ًو42 و
َ36 و 31 o ًتا40 َو42 و 31 o عرض شمالی واقع شده است.
حوزه مطالعاتی منطقه اي کوهستانی وپر شیب است ارتفاعات سبزکوه ،کـوه تـوره ،کـوه بوسـرخی درغـرب حـوزه وکـوه پرنظـامی ،گدار،ناله شکن (نالشکن )درشرق ومرکز حوزه ازارتفاعات مهم منطقه بشمارمی آیند حداکثر ارتفاع حوزه واقع در قسمت شمال غرب حوزه ودرارتفاعات سبزکوه با ارتفاع 3818 و حداقل ارتفاع واقع در قسمت جنوب حوزه با ارتفاع2000 متر از سطح دریا می باشد.
از نظر تقسیمات حوزه اي محدوده مطالعاتی حوزه دوراهان جزئی از حوزه آبریز رودخانه کارون می باشد.
روستاي دوراهان در قسمت جنوب حوزه واقع گردیده است.همچنین روستاهاي ده توت وده باغ وده علـی وسـرپیر درایـن حـوزه واقعند.
حوزه دوراهان کلاً به 7 زیر حوزه تقسیم شده که از این تعداد 6 زیر حوزه هیدرولوژیک و یک زیر حوزه غیر هیدرولوژیک می باشد.
سوابق تحقیق
قائمی و همکاران ( ( 1375 در یک مطالعه موردي ضمن معرفی شش عامل تأثیر گذار بر سـیلاب شـامل : عمـق بارنـدگی، زمـان بارندگی، عمق برف انباشته، شیب و شکل حوضه، جنس زمین و پوشش گیاهی و ارزش گذاري کمی آنها با نظرکارشناسـی، شـدت سیل خیزي زیر حوضه هاي رودخانه کرخه را تعیین نمودند .نحوه انتخاب و کمی کردن عوامل و دخالت دادن نظـر کارشناسـی در وزن هاي هر یک از عوامل مؤثر از جمله موارد متکی به قضاوت کارشناسی در این مطالعه محسـوب مـی گـردد .در حالیکـه فـرض ضمنی رفتار خطی زیر حوضه هاي و عوامل مؤثر بر سیل خیزي و نیز نادیده گرفتن نقش روندیابی رودخانه ها در سطح حوضه هاي بزرگ مورد تردید جدي است . در زمینه منطقه بندي خطر سیل بعضی از محققین از داده هاي دور سنجی وGIS اسـتفاده کـرده
اند.
)Jons٢٠٠٠) ضمن بررسی عواملی که منجر به تولید سیل می شود، فعالیت هاي انسانی را در درون حوزه روي بزرگی و تعـداد وقوع سیلاب هاي تأثیرگذار دانسته است . این موضوع اهمیت مکان یابی مناطق مناسب جهت توسعه شهرسـازي و سـایر فعالیـت هاي درون حوضه اي را مورد توجه قرار میدهد.
عبدي و زنجانی جم (1382) براي تعیین ضریب سیل خیزي از آمار دبـی سـنجی ایسـتگاههاي هیـدرومتري کـه مشـتمل بـر 10
ایستگاه در حوزه قزل اوزن و 2 ایستگاه قروه و آبگرم در حوزه رودخانه شور می باشد استفاده کردند. بـراي آنـالیز سـیلاب بایسـتی تعداد سالهاي آماري یکسان در نظر گرفته شود که در این رابطه با بررسی بعمل آمده دوره آماري مشترك بـراي ایسـتگاه هـا آمـار سالهاي آبی 61-62 لغایت 76-77 تعیین و با استفاده از فرمول مجموع مربعات باقیمانده بهترین توزیع آماري جهت آنالیز ، توزیـع لوگ نرمال مناسب تشخیص داده شد و برآورد ضریب سیل خیزي با دوره بازگشتهاي مختلف بر اساس آن انجام گردیـد.روغنـی و همکاران ( ( 1383 در مقاله تحت عنوان" معرفی روشی در مکا ن یابی سطوح مؤثر بر دبی اوج سیلاب به منظور کـاهش خطـرات سیل درحوزه هاي آبخیز کشور" نتیجه می گیرند که از خروجی به طرف بالادست و بخش هاي میانی حوزه، همراه با افزایش وسعت سطوح هم پیمایش، ت أثیر زیر حوزه ها در دبی اوج سیلاب افزایش نشان می دهد. لـذا بـا تمرکـز عملیـات آبخیـزداري و کنتـرل سیلاب براساس اولویت هاو مناطق تعیین شده، ضمن دسترسی به اهداف تحقیق، کاهش قابل توجهی در هزینه هاي اجرائـی طـرح پیش بینی می گردد.
هادیان و طبري (1389) به براورد کمی سیل خیزي حوزه آبخیز آبکسر واقع در جنوب شهرستان ساري که یکی از زیرحـوزه هـاي حساس حوزه آبخیز تجن می با شد پرداخته و این مقادیر را با یکدیگر مقایسه نمودند.
شعبانلو و دادفر (1390) با استفاده از مدلهاي هیدرولوژي مناطق خطرساز و سیل خیز را در داخل حوضه گرگان رود تعیین نمـوده و به عبارتی شدت سیل خیزي را در هریک از زیرحوضه ها و یا واحدهاي هیدرولوژیکی اولویت بندي کردند. انها ابتدا این حوضه را در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS با استفاده از نرم افزار ArcHydro به 9 زیرحوضه تقسـیم نمـوده سـپس خصوصـیات فیزیکی حوضه و زیرحوضه ها رابا استفاده از نرم افزار Hec-Geo HMS تعیین کردند. با تعیین داده هاي مـورد نیـاز هیـدروگراف سیل طراحی براي هریک از زیرحوضه ها و کل حوضه از طریق اجراي مدل HecHMS بدست آمد. با مدنظر قـرار دادن دبـی ا وج زیرحوضه ها و براسا س تعریفی که براي شاخص سیل خیزي دراین تحقیق پیشنهاد شده بود در هر بار اجراي مدل به تفکیک اثـر هریک از زیرحوضه ها از روندیابی داخل حوضه حذف نموده و مقدار دبی خروجی حوضه بدون مشارکت زیرحوضه مربوطه محاسبه کردند.
طهماسبی پور و همکاران (1391) در حوزه ي آبخیز کرخه آمار و اطلاعات 32 ایستگاه آب سنجی بس از رفع نقص آماري بـا بایـه زمانی مشترك 35 ساله مورد بررسی قراردادند دراین بررسی دبی هاي حداکثر لحظه اي را با دوره بازگشت هاي مختلف با استفاده از توزیع هاي پیوسته توزیع نرمال توزیع لوگ نرمال دو متغیره توزیع گاماي دومتغیره توزیع پیرسون نوع سوم توزیع لوگ پیرسـون نوع سوم و توزیع گمبل و انتخاب بهترین توزیع آماري محاسبه و سپس ضریب سیل خیزي در دوره بازگشت هاي مختلف را بدست
آورده و با استفاده از ضریب سیل خیزي با دوره بازگشت 100 ساله اقدام به اولویت بندي حوزه کرخه نمودند بـراین اسـاس درایـن روش نشان دادند که رودخانه کرخه ایستگاه پاي پل بیشترین سیل خیزي و رودخانـه دره دزدان ایسـتگاه تنگـه سـیلاب کمتـرین شدت سیل خیزي را دردوره ي بازگشت 100 ساله دارا می باشد.
مواد وروشها
جهت بررسی و تحلیل مباحث هیدرولوژي از آمار ثبت شدة ایستگاههاي هیدرومتري که بر رودخانه هاي آن منطقـه احـداث مـی شوند . استفاده می شود. در منطقه مورد نظر ایستگاه هیدرومتري وجود ندارد . اما در قسمت پایین دسـت حـوزه دو ایسـتگاه بـه نامهاي ایستگاه گرد بیشه و ایستگاه کروبس وجود دارد . فاصله ایستگاه گرد بیشه از نقطه خروجـی برابـر ( ( 5/5 km و ایسـتگاه کروبس برابر ( ( 7/5 km می باشد . در واقع آب منطقه پس از عبور از ایستگاه گرد بیشه با آب ونک تلفیـق مـی شـود و ایسـتگاه کرو بس بر روي مجموع آب گرد بیشه و آب ونک احداث گردیده است .
تعداد سنوات آماري هر دو ایستگاه برابر می باشد. ایستگاه گرد بیشه از بین این دو ایستگاه جهت استفاده براي منطقه طرح بسیار مناسب است . تنها مسئله اي که دقت استفاده از این ایستگاه را کاهش می دهد کوتاهی میزان سنوات آماري می باشد . مسـاحت بالا دست حوزة مشرف بر این ایستگاه برابر 95/2 کیلومتر مربع می باشد . ایستگاه کره بس نیز در نزدیکـی ایسـتگاه گـرد بیشـه واقع است و امکان استفاده از اطلاعات و آمار این ایستگاه نیز وجود دارد . لیکن تعداد سنوات آماري این ایستگاه نیز برابر ایستگاه گرد بیشه می باشد . مساحت بالا دست این حوزه نیز برابر 1279 کیلومتر مربع است . با توجه به مساحت بسیار زیاد منطقـه بـالا دست و کوتاهی سنوات آماري در صورت استفاده از آمار و اطلاعات این ایستگاه براي منطقه مذکور خطاي قابل توجهی ایجاد مـی گردد . لذا از اطلاعات این ایستگاه صرفنظر شده است . براي منطقه مورد نظر ابتدا آمار ایستگاه گرد بیشه با توجه بـه همبسـتگی بالاي این ایستگاه با ایستگاه ارمند ( % ( 96 واقع در پایین دست این حوزه ، باز سازي و تطویل گردید.
بر آورد رژیم آبدهی منطقه یکی از مباحث مهم در مطالعات هیدرولوژي می باشد . با توجه به عدم وجود ایسـتگاه هیـدرومتري در منطقه و یا در
قسمت خروجی منطقه جهت محاسبه میزان آبدهی محدودة مورد نظر از روشهاي تجربی با تعمیم ضرائب ایستگاه گرد بیشه براي منطقه میزان آبدهی بر آورد گردید .
روشهاي مورد استفاده عبارتند از
-1 روش کمبود جریان -2 روش انتقال ضریب جریان -3 روش جاستین
با توجه به خصوصیات منطقه و تشابه و اشتراك زیاد مساحت این منطقه با حوزه گرد بیشه ، استفاده از روش انتقال ضریب جریان منطقی تر به نظر می رشد و این روش به عنوان مناسب ترین روش براي بر آورد آبدهی منطقه معرفی می شود.
روش انتقال ضریب جریان سطحی حوزة گرد بیشه به محدودة طرح
حوزة دوراهان جزء زیر حوزه هاي منطقه گرد بیشه می باشد . و آب انتقالی از این منطقه در نهایت از ایستگاه گرد بیشه عبور می کند لذا با محاسبه ضریب جریان سطحی حوزة گرد بیشه با استفاده از آمار موجود می توان میزان آبدهی متوسط سـالانه را بـراي منطقه طرح مشخص نمود .
