بخشی از مقاله
مطالعات هواشناسی و آبشناسی حوزه آبریز سد لتیان با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی و ماهوارهای
چکیده
برآورد دقیق و صحیح پارامترهای هواشناسی و آب سنجی حوضههای آبریز نقش مهمی در بهینه کردن هزینه ساخت سده دارد. امروزه با استفاده از رایانههای پیشرفته از نظر سرعت و قابلیت حجم زیاد ذخیره فایل، و وجود نرمافزارهای توانمند سنجش از دور (RS) و سامانههـای اطلاعـات جغرافیـایی (GIS) میتوان محاسبات لازم را با سرعت و دقت بسیار بیشتری انجام داد. در این ببررسی به عنوان نمونه مطالعات هواشناسی و هیدرولوژی حوضه آبریـز سد لتیان درمحیط GIS انجام شده است. با استفاده از نقشههای توپوگرافی، مدل رقومی ارتفـاعی (Digital Elevation Model) تهیـه و بکمـک آن پارامترهای فیزیوگرافی حوضه به طور دقیق محاسبه گردیده است. با استفاده از (DEM) و میانگین بلند مدت بارندگی و دما در ایسـتگاههای هواشناسـی، مدل رقومی بارندگی (Digital precipitation Model) و مدل رقومی دمایی (Digital Temperature Model) تهیه شده که بکمک آن میانگین بارندگی و دمای حوضه آبریز محاسبه شده است. بطور مشابه میتوان مدلهای رقومی را برای تمام پارامترهای هواشناسی نظیر تبخیر، رطوبت نیز تهیه کرد. برآورد پارامترهای فوق در محیط GIS علاوه بر دقت و سرعت بیشتر امکان ارزیابی و کنترل نتایج نیز سادهتر نموده است. در این مقاله تجربیات بدسـت آمده و روش انجام کار تشریح شده است.
واژههای کلیدی
آب شناسی - هواشناسی - هم دما - هم باران - فیزیوگرافی.
مقدمه
از اهــداف مهــم مطالعــات منــابع آب و بخصــوص مطالعــات هواشناسی و هیدرولوژی محاسبه میانگین پارامترهایی نظیـر بـارش، دمـا، تبخیر و فیزیـوگرافی حوضـههـای آبریـز مـیباشـد. بـدین منظـور پـس از شناسایی ایستگاههای هواشناسی آمـار و اطلاعـات آنهـا جمـعآوری شـده سپس کنترل و برای یک دوره مشخص آماری تطویل میگردد. اگـر هـدف تعیین میانگین بارندگی یک محدوده معین در دشت باشد،میتوان بکمـک میانگین بلند مدت بارندگی ایستگاهها منحنیهای همباران را رسم نموده و پس از اندازهگیری سطوح هم بارش در محدوده دشت مورد نظـر میـانگین بارندگی را در محدوده مورد نظر محاسبه کرد. البته به شرطی مـیتـوان از
این روش عمل نمود که اولاً اختلاف ارتفاع زیادی در اراضی محدوده مـورد نظر وجود نداشته و ثانیا ایسـتگاههایی کـه از بارنـدگی آنهـا بـرای تعیـین منحنیهای همباران استفاده بعمل میآید دارای اختلاف ارتفـاع زیـادی بـا محدوده مورد بررسی نداشته باشند. چون مقدار بارندگی و کلیه پارامترهای هواشناسی علاوه بر اینکه با فاصله مکانی تغییر میکنند، تابعی از ارتفاع نیز مـیباشـند، لــذا بـرای محاســبه میــانگین بارنـدگی در یــک حوضــه آبریــز کوهستانی باید ابتدا گرادیان بارندگی منطقـه محاسـبه شـده و بکمـک آن میانگین بارندگی در نقاط زیادی از حوضه آبریـز کـه بـا توجـه بـه شـرایط توپوگرافی انتخاب میشوند را محاسبه کرد. سپس بکمک میانگین بارندگی این نقاط کمکی و محل ایستگاههای هواشناسی منحنـی همبـاران حوضـه آبریز را رسم نموده و سطوح همباران منطقه را محاسـبه و آنگـاه میـانگین بارندگی حوضه آبریز برآورد شود. منحنیهای همباران رسـم شـده در ایـن
1
حوضه آبریز کوهستانی وقتی میتواند صحیح رسم شود که از نقاط کمکـی زیادی در ارتفاعات مختلف حوضـه بـا توجـه بـه توپـوگرافی حوضـه آبریـز استفاده شده باشد. بنابراین با افزایش تعداد نقاط کمکی دقت منحنیهـای رسم شده بیشتر ولی موجب افزایش بیش از حد زمان محاسبات نیـز مـی-گردد. ضمناً خطاهای انسـانی نیـز مـیتوانـد موجـب کـاهش دقـت نتـایج محاسبات گردد. در صورتیکه این محاسـبات در محـیط GIS انجـام گیـرد
علاوه بر اینکه محاسبات بسـیار سـریع تـر انجـام مـیگیـرد، تقریبـاً فاقـد خطاهای انسانی بوده و در صورت نیاز بـه تجدیـدنظر در مقـادیر بارنـدگی ایستگاهها یا گرادیان بارش میتوان محاسبات را مجدداً با صرف وقت کمـی تکرار نمود. در این تحقیق بعنوان نمونه میانگین بارندگی، دما و فیزیوگرافی
حوضه آبریز سد لتیـان در محـیط GIS تعیـین گردیـده و روش انجـام آن توضیح داده شده است.
شکل - 1 محدوده حوزه آبریز مورد مطالعه
روش تحقیق
محدوده مورد مطالعه : محدوده مورد مطالعه عبارت از حوضه آبریز سد لتیان واقع در شمال شرقی شهر تهران در حد فاصل طولهای شرقی 20، 51 تا 55، 51 و عرضهای شمالی 45، 35 تا 15، 36 میباشد. موقعیت محدوده مورد مطالعه در شکل شماره 1 نشان داده شده است.
-1 تهیه مدل رقومی ارتفاعی منطقه ابتدا محدوده مورد مطالعه و اطراف آنرا از نقشههای 1 :250000 سازمان
جغرافیایی ارتش با استفاده از نرمافزار AutoCAD رقومی کـرده و سـپس خطوط ارتفاعی آن تفکیک گردیدهاند. بدین ترتیب فایـل رقـومی ارتفـاعی محدوده حوضه و مسیر رودخانههای منطقـه تهیـه گردیـده کـه در شـکل شماره 2 نشان داده شده است.
در مرحله بعد فایل رقومی تهیه شده را که ماهیت بردار (Vector) بکمـک نرمافزار ادریسی (Idrisi) به ساختار رستری (Raster) تبدیل گردید (شکل شماره .(3 در این شکل رنگهای روشن نشان دهنده ارتفاع بیشتر و رنگهای تیرهتر نشاندهنده ارتفاع کمتر است. از فایل مزبور مـی تـوان مـدل رقـومی ارتفاعی (DEM) را تهیه نمود. هر سلول دارای ارتفـاع معـین اسـت کـه از میانگین رقوم آنها در محدوده سلولهای داخل مرز حوضه آبریـز مـیتـوان ارتفاع متوسط حوضه را بدست آورد، که در ایـن حوضـه آبریـز 2625 متـر محاسبه شده است.
-2 محاسبه مساحت و محیط حوضه آبریز
به کمک مرز حوضه آبریز و مدل رقومی (DEM) منطقه مساحت حوضه آبریز در برنامه ادریسی محاسبه گردید. محاسبه مساحت از شمارش سلول-های درون مرز حوضه آبریز با توجه به ابعاد واقعی هر سلول انجام میگیرد. برای محاسبه طول خط مرز حوضه آبریز نیز از نرمافزار Cartalinx با توجه
به مقیاس مدل تهیه شده اسـتفاده شـده اسـت. بـا اسـتفاده از روش فـوق برای رسم منحنی آلتیمتریک ابتدا مدل رقومی دیجیتـالی منطقـه را در
مساحت حوضه آبریز 694 کیلومتر مربع و محیط آن 127 کیلومتر محاسبه محدودههای ارتفاعی مختلف جداسازی (Reclassifuy) مینمـائیم کـه در
شده است. شکل شماره 4 نشان داده شده اسـت، سـپس بـا اسـتفاده از مسـاحت هـر
-3 تهیه منحنی آلتیمتریک منطقه محدوده ارتفاعی که در نرم افزار GIS بدست میآیـد منحنـی آلتیمتریـک
حوضه رسم گردید که در شکل شماره 5 نشان داده شده است.
شکل - 2 نقشه رقومی ارتفاعی منطقه مورد مطالعه
شکل - 3 مدل رقومی ارتفاعی منطقه مورد مطالعه
3
در مرحله بعد فایل رقومی تهیه شده را که ماهیت بـردار (Vector) بکمـک نرمافزار ادریسی (Idrisi) به ساختار رستری (Raster) تبدیل گردید (شـکل شماره .(3 در این شکل رنگهای روشن نشان دهنده ارتفاع بیشتر و رنگهای تیرهتر نشاندهنده ارتفاع کمتر است. از فایل مزبور مـیتـوان مـدل رقـومی ارتفاعی (DEM) را تهیه نمود. هر سـلول دارای ارتفـاع معـین اسـت کـه از میانگین رقوم آنها در محدوده سلولهای داخل مرز حوضه آبریـز مـیتـوان ارتفاع متوسط حوضه را بدست آورد، که در ایـن حوضـه آبریـز 2625 متـر محاسبه شده است.
-2 محاسبه مساحت و محیط حوضه آبریز
به کمک مرز حوضه آبریز و مدل رقومی (DEM) منطقه مساحت حوضـه آبریز در برنامه ادریسی محاسبه گردید. محاسبه مساحت از شمارش سلول-های درون مرز حوضه آبریز با توجه به ابعاد واقعی هر سلول انجام میگیرد. برای محاسبه طول خط مرز حوضه آبریز نیز از نرمافزار Cartalinx با توجـه به مقیاس مدل تهیه شده اسـتفاده شـده اسـت. بـا اسـتفاده از روش فـوق مساحت حوضه آبریز 694 کیلومتر مربع و محیط آن 127 کیلومتر محاسبه شده است.
-3 تهیه منحنی آلتیمتریک منطقه برای رسم منحنی آلتیمتریک ابتدا مدل رقومی دیجیتـالی منطقـه را در
محدودههای ارتفاعی مختلـف جداسـازی (Reclassifuy) مینمـائیم کـه در شکل شماره 4 نشان داده شده اسـت، سـپس بـا اسـتفاده از مسـاحت هـر محدوده ارتفاعی که در نرم افزار GIS بدست مـیآیـد منحنـی آلتیمتریـک حوضه رسم گردید که در شکل شماره 5 نشان داده شده است.
-4 تهیه پروفیل طولی آبراهه اصلی برای تهیه پروفیل طولی آبراهه اصلی حوضه آبریز از مسیر رقـومی شـده
آبراهه اصلی و مدل رقومی ارتفاعی منطقـه اسـتفاده گردیـد. بکمـک نـرم-افزارهای GIS میتوان ارتفاع تمام سلولهایی که در مسیر رودخانـه اصـلی قرار دارند را استخراج نمود. همچنین طول مسیر اصلی رودخانـه نیـز قابـل محاسبه است که بدین ترتیب پروفیل طولی تهیه میگردد کـه در شـکل 6 نشان داده شده است.
-5 محاسبه شیب متوسط حوضه آبریز همانطور که قبلاً توضیح داده شد منطقه مورد مطالعه بـه محـدودههـای
بسیار کوچکتری شبکهبندی شده که هر محـدوده کوچـک یـک سـلول یـا سلول نام دارد. با استفاده از نـرمافزارهـای GIS مـیتـوان از مـدل رقـومی ارتفاعی منطقه شیب هر سلول را محاسبه نمود و از میانگین گیـری شـیب سلولهایی که در داخل حوضه آبریز قرار میگیرند شیب متوسـط حوضـه را محاسبه نمود.با استفاده از روش فوق شیب متوسط حوضه آبریـز سـدلتیان 37 درصد محاسبه شده است. قابل ذکر است که هر چه منحنیهـای تـراز استفاده شده در تهیه مدل رقومی ارتفاعی منطقه متراکمتـر باشـند شـیب متوسط حوضه دقیقتر محاسبه میگردد.
-6 مدل رقومی بارندگی منطقه برای تهیه مدل رقومی بارندگی ابتدا یک شبکه منظم نقـاط در محـدوده
حوضه آبریز و اطراف آن تهیه گردید. هر چه این شبکه متراکم تـر انتخـاب گردد، دقت میانگین بارندگی محاسبه شده افزایش مییابد. در شکل شماره 7 شبکه نقاط تهیه شده نشان داده شده است. بـا اسـتفاده از شـبکه نقـاط تهیه شده و مدل رقومی ارتفاعی منطقه در نرمافزارهای GIS میتوان عـدد ارتفاع را به هر یک از نقاط شبکه تخصیص داد، سـپس مختصـات X و Y و رقوم ارتفاعی Z این نقاط را استخراج کرده و با اسـتفاده از گرادیـان بـارش منطقه مقدار بارش هر یک از نقاط شبکه را
محاسبه نمود. بدین ترتیب برای هر یک از نقاط شبکه با مختصات معلوم X و Y ، مقدار بارش آن مشخص میگردد که بـا اسـتفاده از آنهـا در نـرم-افزارهای کمکی مانند Surfer منحنیهای همباران رسم میشوند. منحنی-های همبارانی که بدین ترتیب محاسبه میشوند مانند خطـوط توپـوگرافی رقومی شده از نقشههای توپوگرافی است. بنابراین مشـابه روش فـوق عمـل نموده و میانگین بارش منطقه محاسبه میگردد. در شـکل شـماره 8 مـدل رقومی بارندگی منطقه (DRM) ارائه شده اسـت و بـا ایـن روش میـانگین بارندگی منطقه 869 میلیمتر محاسبه گردیده است.
-7مدل رقومی دمایی منطقه مشابه روش عمل شده برای تهیه میانگین بارندگی حوضه آبریز از شبکه
نقاط تهیه شده و گرادیان دمایی منطقه مدل رقومی دمایی (DTM) منطقه تهیه گردید. مدل تهیه شده در شکل شماره 9 نشان داده شده وبکمـک آن میانگین دمای سالانه حوضه آبریز 6 درجه سانتیگراد محاسبه شده است. به کمک فایل مربوط به باند 6 ماهواره Landsat TM از منطقه مـورد مطالعـه منحنی همدمای مربوط به زمان برداشت اطلاعات از سـطح زمـین کـه 19 سپتامبر 1988 میباشد مدل رقـومی دمـایی تهیـه گردیـده کـه در شـکل شماره 10 ارائه شده است. مدل مزبور برای پیش بینی روند کاهش دمـا در منطقه میتواند موثر واقع شود.
