بخشی از مقاله
کاربرد تکنولوژي فضايي (GIS &RS ) در حفاظت و مهندسي رودخانه و سواحل و کنترل سيلاب
چکيده
حفاظت و مهندسي رودخانه و مديريت سيلاب از جمله محورهاي مهم مباحث مرتبط با منابع آب بشمار مي آيد. با توجه به استفاده روزافزون از رودخانه ها به عنوان شريانهاي حياتي جوامع انساني ، حفاظت و مديريت بهينه آنها در راستاي بهره برداري مناسب و نيز جلوگيري از تجاوز و تخريب يکي از اولويت هاي مهم مديريت منابع آب بشمار مي رود.
گسترش فن آوريهاي جديد، بويژه سنجش از دور و سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي ، موجب گرديده تا بسياري از پارامترهاي مهم و دخيـل در تصميم گيريها به صورت مناسبتر در دسترس قرار گرفته و پايه گذار تصميمات موثر و کارا در اين زمينه گردد. در اين مقاله برخي از کاربردهاي مهم سنجش از دور و سيستمهاي اطلاعات جغرا يايي در زمينه حفاظت و مهندسي رودخانه و سواحل و کنترل سيلاب که تجارب انجام آنها در کشور وجود دارد ارائه گرديده است .
کلمات کليدي : تکنولوژي فضايي ، مهندسي رودخانه ، سيلاب ، سواح
۱- مقدمه
حفاظت و مهندسي رودخانه از جمله محورهاي مهم بحث منابع آب مي باشد. رودخانه ها شريانهاي حياتي جوامع انساني به شمار مي آيند که علاوه بر تـأمين نيازهاي آبي در زمينه هاي ديگري نيز مورد بهره برداري قرار مي گيرند، لذا حفاظت و مدي يت بهينه رودخانه ها در راستاي بهره برداري مناسب از آن و نيز جلوگ ري از تجاوز و تخريب يکي از بارزترين چشم اندازهاي طبيعت بعنوان يکي از اولويت هاي مهم مدي يت منابع آب بشمار مي رود. از طرفي وقوع سيلاب موجب گرديده تا در مدي يت سيلاب همواره برنامه ري يها بر پايه شناخت کامل از رودخانه ها و پيرامون آن و مناطق سيل گير انجام گردد. گسترش فن آوريهاي جديد موجب شده تا بسياري از پارامترهاي مهم و دخيـل در تصميم گيريها به صورت مناسبتر در دسترس قرار گرفته و پا ه - گذار تصميمات موثر در اين زمينه گردد. در اين راستا فن آوريهاي سنجش از راه دور و س ستم - هاي اطلاعات جغراف ايي توانستند با سرعت بالا ضمن کاهش بسياري از هزينه ها موجب فراهم شدن اطلاعات لازم و تحليل هاي مناسب و بهينه شدن عملکردها گردند. شناسايي مسير جريان و پهنه هاي سيلا ي ، شناخت تغييرات و جابجايي رودخانه ها، آلودگي جريان و غيره همگي از مواردي است که با کمک فن آوريهاي RS و GIS بسيار کم هزينه تر، توانمندتر و با دقت و زمان مناسب تر انجام مي گردد.
۲- آشنايي با حفاظت ، مهندسي رودخانه و مدي يت سيلاب
مجاورت انسان به رودخانه موجبات تجاوز و تخريب آن را فراهم ساخته است . ساخت و سازهاي بيشماري که در مجراي اصلي جريان رودخانه ها و مس ل ها صورت مي يرد و منجر به کاهش ظرفيت عبوري و تشديد رخداد سيلاب مي گردد و آلوده شدن جريان رودخانه ها از نمونه هاي بارز اين تجاوزات بشمار مي آيد. اين در حالي است که رودخانه ها سيستم هاي هوشمندي به شمار مي يند که در مقابل هر عمل ، واکنش هاي مختلفي همچون سيلاب ، تغيير مسير و غيره نشان مي دهند. مجموعه موارد فوق ضرورت حفاظت و مدي يت رودخانه ها را ايجاب مي نمايد.
در واقع اقدامات حفاظت و مهندسي رودخانه ها در ديدگاه مدي يت منابع آب فعاليتي لازم الاجرا تلقي گرديده که ضمن حفظ شالوده اصلي حوضه هاي آبريز و بدنه اصلي چرخه گردش آب در طبيعت ، موجب مهار سيلاب ، کاهش خسارات سيل ، جلوگيري از کاهش کي يت آب ، کنترل فرسايش و رسوب ، افزايش عمر مفيد سازه هاي آبي همچون سدها و حفظ محيط يست در راستاي توسعه پايدار مي شود.
۳- فن آوري سنجش از دور (RS)
سنجش از دور عبارتست از علم و هنر کسب اطلاعات از پديده ها يا اجسام ، بدون تماس فيزيکي با آنها. به عبارت ديگر سنجش از دور را ممکن است شناسايي از فاصله نيز تعريف کرد که اين فاصله مي تواند از چند متر تا چند هزار کيلومتر باشد. در منابع زميني سنجش از دور عبارتست از بکار گ ري عکسهاي هوايي و فضايي و تصاوير تهيه شده از اطلاعات ماهواره اي .
براي تفسير و شناسايي و کسب اطلاعات از پديده ها سنجش از دور در بسياري از زمينه هاي علمي و تحقيقاتي کاربردهاي گسترده اي دارد. سنجش از دور ميتواند تغييرات دوره اي پديده هاي سطح زمين را نشان دهد و در مواردي چون بررسي تغيير مسير رودخانه ها، تغيير حد و مرز منابع آبي چون درياچه ها، درياها و اقيانوسها، بررسي تغييرات مورفولوژي سطح زمين و غيره بسيار کارساز است . امروزه اکثر کشورها از اطلاعات حاصل از تصاوير ماهواره اي در موارد گوناگون استفاده مي کنند که مطالعه آبهاي سطحي ، شبکه رودخانه ها، بررسي تغييرات آبهاي ساحلي ، تغييرات کي يت آب ، بررسي و پايش سيل و طغيانهاي آبي و خسارات ناشي از آنها و تهيه نقشه هاي مختلف از جمله کاربري اراضي ، قابليت اراضي از آن جمله اند.
۴- يستم اطلاعات جغراف ايي (GIS)
جامع ترين تعريف سيستم اطلاعات جغرافيايي عبارتست از: مجموعه سازمان يافته اي از سخت افزار و نرم افزار کامپيوتري و اطلاعات جغرافيايي که به منظور کسب ، ذخيره ، بهنگام سازي ، پردازش ، تحليل و ارائه انواع مختلف اطلاعات جغرافيايي طراحي و ايجاد شده است . مهمترين توانايي سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي عبارتست از: انجام عمليات فضايي ، ارتباط و پيوند انواع اطلاعات ، ذخيره اطلاعات نقشه اي ، امکان انجام سؤالات شرطي و مکاني . بر اين اساس ، در هر فعاليتي که به نوعي با اطلاعات مکاني و لايه هاي اطلاعاتي مختلف مرتبط باشند، مي توان ازGIS جهت انجام تجزيه و تحليلها استفاده کرد. از آنجايي که اطلاعات حاصل از تکنولوژي سنجش از دور اغلب ماهيت مکاني دارند، بنابراين مي توان از اين اطلاعات به عنوان اطلاعات اوليه مورد نياز در GIS استفاده کرد.
۵- زمينه هاي کاربرد GIS &RS در حفاظت ، مهندسي رودخانه و مديريت سيلاب
۵-١- مطالعه خصوصيات و تغييرات مرفولوژي رودخانهها
بطور کلي جهت انجام هرگونه عمليات اجرايي و ساخت و ساز در بستر و حريم رودخانه ها و نيز بهره برداري از رودخانه نياز به شناخت و بررسي خصوصيات و تغييرات رودخانه اي در طول زمان مي باشد. روش متداول جهت بررسي خصوصيات و تغييرات رودخانه اي استفاده از نقشه هاي توپوگرافي و عکسهاي هوايي با مقياس مناسب مربوط به دوره هاي زماني مختلف مي باشد. با توجه به وسعت و طول زياد رودخانه ها از يکسو و نيز مواردي نظير عدم وجود داده هاي مورد نياز در بازه هاي زماني مختلف ، نياز به داده هاي متنوع جهت انجام بررسي تغييرات رودخانه اي نظير نقشه هاي زم ن شناسي ، نقشه کاربري اراضي و از همه مهمتر، به روز نبودن اين نقشه ها باعث شده است تا انجام بررسي ها با استفاده از روشهاي سنتي و متداول ، زمانبر و هزينه بر باشد.
همانطوري که قبلا نيز اشاره گرديد از جمله خصوصيات تصاوير ماهواره اي به روز١ و ارزان بودن ، وجود تصاوير در باندهاي طيفي و زمانهاي مختلف مي باشد. موارد فوق باعث شده تا اين تصاوير به ابزاري کارآمد و موثر در زمينه بررسي خصوصيات و تغييرات مرفولوژي رودخانه تبديل شوند.
شايان ذکر است که با توجه به وجود باندهاي طيفي مختلف براي هر تصوير، امکان بررسي کاربري اراضي ، وضعيت پوشش گياهي ، نوع سازندهاي منطقه و غيره نيز با استفاده از اين تصاوير وجود دارد. نمونه اي از بررسي خصوصيات و تغييرات مرفولوژي بازه اي از رودخانه قزل - اوزن با استفاده از تصاوير ماهواره لندست در شکل (١) ارائه شده است .
۵-۲- مطالعات في يوگرافي حوضه هاي آبريز
شناخت خصوصيات في يوگرافي حوضه هاي آبريز نظير محيط ، مساحت و طول حوضه ، تراکم و طول شبکه آبراهه ها، نحوه توزيع شيب در سطح حوضه و غيره از جمله مواردي است که در تمامي مطالعاتي که به نوعي با حوضه آبريز مرتبط مي شوند مورد نياز است . در روشهاي سنتي ، انجام مطالعات في يوگرافي کاري زمانبر بوده و علاوه بر اين قدرت مانور در انجام مطالعات کم مي باشد. انجام مطالعات في يوگرافي با استفاده از يستم هاي اطلاعات جغراف ايي (GIS) و تصاوير ماهواره اي باعث افزايش سرعت و دقت مطالعات شده و قدرت مانور در مطالعات را بسيار زياد مي کند. از ديگر مزاياي استفاده از GIS و RS در انجام مطالعات في يوگرافي ، تهيه و نمايش نماي سه بعدي از حوضه مي باشد که کمک شاياني در شناخت وضعيت کلي حوضه مي باشد. نمونه اي از اين مطالعات براي حوضه آب يز آستاراچاي در شکل (۲) ارائه شده است .
۵-۳- مطالعات پهنه بندي يلاب و تعيين حد بستر و حريم رودخانه ها
با توجه به رشد و توسعه فناوريهاي نوين و مدل هاي ياضي ، روشهاي موجود تهيه نقشه هاي پهنه بندي يل و محيط ارائه و نمايش اين نقشه ها نيازمند استفاده از ابزار کاراتري مي باشد.
سيستم هاي اطلاعات جغراف ايي از جمله اين ابزارها مي باشد که برخي از مزاياي آنها بطور خلاصه به صورت زير مي باشد:
- در صورت نياز به اعمال تغييرات و به روز آوري نقشه ها براساس آمار و اطلاعات جديد، اين امر به سادگي صورت مي گيرد.
- قابليت نمايش عمق آب گرفتگي در هر نقطه از سيلابدشت را دارد.
-تغييرات عوارض جغراف ايي موجودوتأث راحتمالي رابرگستره وعمق سيلابدشت در نظر ميگيرد.
- امکان اتصال با مدل هاي ياضي و ايجاد سيستم هاي پيش بيني و هشدار سيل - آرشيو، نگهداري و تکثير نقشه ها مطمئن تر و ساده مي باشد.
شايان ذکر است که نقشه هاي پهنه بندي يلاب در سيستم هاي هشدار و عمليات امداد و نجات مي تواند کار ساز باشد. اين نقشه ها که با توجه به ريسک پذیري هرمنطقه با رنگهاي مختلف از يک يگر متمايز خواهند شد. اين امکان را به مسئولين مي دهد تا نسبت به برنامه ریزی عمليات امداد و نجات و ارسال هشدارها در فرصت کوتاه اقدام کنند. همچنين اين نقشه ها به مردم کمک مي کند تا پس از دريافت علائم هشدار، در زمان کوتاه خود را به مناطق امن برسانند.
۵-۴- برف سنجي و مدي يت منابع آب و سيلاب
اندازه گ ري مستقيم سطح برف از طريق ايستگاههاي برف سنجي معمولاً بسيار پرهزينه بوده و نيز هزينه بازرسي و نگهداري آنها بسيار زياد مي باشد. از آنجا که تعداد ايستگاههاي برف سنجي کم و توزيع آنها بسيار پراکنده است ، پتانسيل توليد اطلاعات قابل استفاده مرتبط با سطوح وسيع را ندارند. علاوه بر آن در فصول سرد و در مناطق داراي پوشش برف زياد، دسترسي به اينگونه ايستگاهها بسيار مشکل بوده و يا غير ممکن است . تصاوير ماهواره اي امکان نظارت بر سطح برف را در ابعاد گسترده و همزمان ، در پوششهاي مکرر، در فاصله زماني کوتاه و نسبتاً ارزان را فراهم مي کنند. با اين ترتيب اين ابزار ها تا اندازه زيادي جايگزين استفاده از ايستگاههاي برف سنجي شده است . شايان ذکر است که اطلاعات حاصل از ايستگاههاي برف سنجي موجود مي تواند در تصحيح داده هاي سنجش از دور استفاده شود. با استفاده از تصاوير ماهواره اي امکان استخراج درجه حرارت سطح برف نيز وجود دارد. کاربرد عمده نقشه هاي درجه حرارت و پوشش سطح برف در تهيه نقشه هاي پيشروي و پسروي برف و محاسبه آب معادل ذوب برف مي باشد که مورد آخر يکي از مهمترين پارامترهاي مورد نياز در مديريت منابع آب و مخازن ، مديريت سيل و هشدار سيل مي باشد.
