بخشی از مقاله
کاربرد روشهای توسعه کم اثر بر رواناب شهری - مطالعه موردی شهرستان بجنورد
چکیده
توسعه شهرها باعث کاهش مناطق نفوذ پذیر و افزایش حجم رواناب سطحی در زمان بارندگی می باشد. این رواناب شهری به دلیل عبور از مناطق شهری مقدار زیادی مواد آلوده با خود حمل کرده و باعث آلودگی منابع مرتبط با آن میشوند. روش توسعه کم اثر 1 LIDیکی از روش های مدیریت شهری برای حفظ و بازگرداندن شرایط هیدرولوژیکی طبیعی یک حوزه آبریز به شرایط اولیه قبل از توسعه یافتگی و بهبود محیط زیست آن حوزه است. در این روش با استفاده از اقداماتی در جهت کاهش حجم و دبی اوج رواناب، افزایش نفوذ و تغذیه آب به سفره های آب زیرزمینی و در نتیجه کاهش آلودگی منابع آب سطحی و زیرسطحی دنبال می شود. در تحقیق حاضر، مطالعه موردی ذر هسته مرکزی شهرستان بجنورد، مرکز استان خراسان شمالی انجام گرفته است. نرمافزار SWMM برای شبیه سازی رواناب در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته که توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) ارائه شده است. با ارائه سناریوهای مختلف روش توسعه کم اثر در منطقه، ملاحظه شد که اجرای روش توسعه کم اثر می تواند طی برخی سناریو ها بخصوص حوضچه ذخیره و پشت بام سبز باعث کاهش حجم رواناب خروجی و آلودگی خروجی از محدوده مطالعه شود. همچنین ترکیب چند سناریو عملکرد مطلوبتری از خود نشان میدهد بطوریکه باعث کاهش قابل توجه رواناب و آلودگی حوزه میشود.
کلمات کلیدی: رواناب شهری، روشهای توسعه کم اثر، حوضه آبریز، روش .LID
.1 مقدمه
توسعه شهرسازی، افزایش حجم رواناب و دبی اوج و کاهش کیفیت آب را به دنبال دارد. بنابراین، برای کم نمودن خسارت و تاثیرات زیست محیطی این توسعه، برآورد دقیق مقدار رواناب و انجام عملیات کنترل رواناب شهری امری اجتناب ناپذیر میباشد. توسعه شهری همراه با افزایش سطوح نفوذ ناپذیر می باشد و این افزایش باعث جاری شدن آب حاصل از بارندگی در سطح حوضه می شود. جاری شدن و عدم نفوذ رواناب ضمن عدم تغذیه سفره های آب زیر زمینی باعث حمل ذرات آلاینده سطحی و ورود آن ها به منابع آب و گیاهان شده و مشکلات زیست محیطی فراوانی را ایجاد می کند. روش های توسعه کم اثر LID مجموعه روش هایی می باشد که می توان در مناطق در حال توسعه یا توسعه یافته به کار برد و توسعه را با کمترین اثرات منفی بر روی این مناطق پیش برد.
روش توسعه کم اثر یکی از روش های مدیریت رواناب شهری برای حفظ یا بازگرداندن شرایط هیدرولوژیکی طبیعی یک حوزه آبریز و بهبود محیط زیست در آن حوزه است. دراستفاده از خصوصیات و عوارض طبیعی و مصنوعی واقع در سطح حوزه اقداماتی در جهت کاهش حجم و دبی اوج رواناب، تصفیه آلودگی رواناب و همچنین افزایش نفوذ و تغذیه آب زیرزمینی انجام می شود. در صورت تحقق اهداف در نظر گرفته شده در روش توسعه کم اثر، کاهش آلودگی
1
منابع آب، افزایش تغذیه به سفره های زیرزمینی و افزایش کیفیت رواناب حاصل می شود. تحلیل و طراحی در روش توسعه کم اثر بر مبنای تمرکز بر تعاریف هیدرولوژی زیر صورت می گیرد :[8]
- ثابت نگه داشتن زمان تمرکز (TC) بوسیله تطویل جریان سطحی و کاهش زمان انتقال درکانال ها باعث ثابت نگه داشتن پیک دبی رواناب خواهد شد.
- تاسیسات نگهداشت در شبکه زهکشی شهری با ایجاد تاخیر در انتقال جریان باعث کنترل سیل و کاهش شدت آن می شوند.
- تاسیسات نگهداشت در شبکه زهکشی شهری علاوه بر کنترل رواناب، کیفیت رواناب جاری در شبکه مذکور را نیز بهبود می بخشند.
.2 معرفی روش توسعه کم اثر
تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه روش های توسعه کم اثر صورت گرفته است که می توان به مطالعات، اسپی و همکاران در سال 1996 اشاره نمود. آنان در تحقیق خود روی زمان تاخیر نتیجه گرفتند که تغییر کاربری اراضی و شهرنشینی باعث کاهش زمان اوج و افزایش دبی سیلاب می شود .[1] چو و بال در سال 2002 به منظور واسنجی پارامترها از شبیهساز SWMM و GIS و تکنیکهای بهینهسازی استفاده کردند که نتیجه تحقیق آنها بیانگر قابلیت روش بکار گرفته شده در برآورد دقیق پارامترهای کنترل کننده توزیع مکانی برای استفاده در سیستمهای مدلسازی است .[2] جنگ و همکاران در سال 2007، در مرکز تحقیقات مدیریت بلایای سیلای شهری کشور کره از SWMM به عنوان ابزاری برای ارزیابی تاثیرات هیدرولوژیکی استفاده نمودند. آنها وضعیتهای قبل و بعد از توسعه شهری را با استفاده از SWMM بررسی نمودند. مقایسه این روش با روشهایی کهقبلاً مورد استفاده قرار گرفته بوده حاکی از بهتر بودن نتایج و دقیقتر بودن محاسبات نسبت به روشهای قبلی می باشد Franco.[3] و همکاران در سال 2007، در مقاله ای به بررسی هزینه های اجرای روش های توسعه کم اثر بدون در نظر گرفتن سایر منافع زیست محیطی برای کاهش رواناب شهری پرداختند. این مقاله نمونه ای ساده برای ارزیابی سرمایه گذاری های پرهزینه و سودآور بر روی LID ها در جهت کاهش طغیان ناشی از جریان در فاضلاب های حوزه های شهری (CSOc) بود.[4]
Gilroy و همکاران در سال 2009، در مقاله ای به تحلیل دو نوع از LID ها در دو بعد موقعیت و کمیت پرداختند. LID های استفاده شده در این مقاله شامل بکارگیری مخازن آب و سیستم ماند بیولوژیکی1 بود. در این تحقیق تأثیرات اجرای LID در منطقه ای توسعه یافته بر میزان دبی اوج و حجم رواناب بررسی شد و نتایج نشان داد که موقعیت مکانی و حجم ذخایر LID ها در یک حوزه کوچک بر میزان موثر بودن آنها چه تأثیری دارد..[5]
Christopher و همکاران در سال 2011 به بررسی روش های توسعه کم اثر برای مدیریت سیلاب با تغییر بارش طی سناریوهای تغییرات آب و هوا پرداختند. آنها در این تحقیق به بررسی تأثیر LID طی بارش های متغیر برروی رواناب سطحی پرداخته و نتیجه گرفتند که کارایی LID های مختلف طی بارش های گوناگون با یکدیگر متفاوت است .[6] کاویانپور و همکاران در سال 1391، در مقاله ای به بررسی اندرکنش رودخانه و روشهای توسعه کم اثر((LID در محدوده شهری کن در تهران پرداختند و به این نتیجه رسیدند که اجرای روشهای توسعه کم اثر میتواند طی برخی سناریوها باعث کاهش39 درصدی حجم روانآب ورودی و کاهش 68 درصدی آلودگی ورودی به رودخانه شود .[7]
2
در تحقیق حاضر به بررسی چهار نمونه از روش های توسعه کم اثر و همچنین حوضچه ذخیره آب زیرزمینی که یکی از روشهای نوین در کنترل روانآبهای شهری میباشد در محدوده ای از شهر بجنورد واقع در استان خراسان شمالی پرداخته شده است.
.3 معرفی محدوده مطالعه
محدوده مطالعاتی بجنورد، مرکز استان خراسان شمالی و در حد فاصل طول های جغرافیایی 57 8 تا 57 25 و عرض های جغرافیایی 37 13 تا 37 21 با مختصات U.T.M، x1 = 502971 تا x2 = 559218 و y1 = 4120137 تا y2 = 4160618 واقع شده است. استان مذکور از شمال با کشور ترکمنستان هم مرز بوده و از غرب به استان گلستان، از جنوب و جنوب غرب به استان سمنان و از جنوب و جنوب شرق با استان خراسان رضوی محدود میشود.
محدوده مطالعه حوزه آبریز مطابق شکل 1 واقع در مرکز شهر بجنورد می باشد که از سمت شرق به خیابان هفده شهریور، از سمت غرب به بلوار دولت، از سمت شمال به کمربندی مدرس و از جنوب به خیابان جوادیه منتهی می شود. مساحت تقریبی این محدوده 340 هکتار می باشد. شیب غالب در این محدوده از سمت جنوب به شمال می باشد. ارتفاع نقاط مختلف با استفاده از نقشه های شهر بجنورد با مقیاس 1:2000 به دست آمده است. محدوده مورد مطالعه بخشینسبتاً توسعه یافته می باشد. هدف از انتخاب این محدوده امکان تعمیم خصوصیات این محدوده با خصوصیات سایر قسمت های منطقه پس از توسعه بود. محدوده دارای خاک با نفوذپذیری متوسط بوده و دارای شیب کمی می باشد.
شکل-1 محدوده مورد مطالعه
.4روش تحقیق
برای انجام محاسبات بارش B رواناب و ارزیابی عملکرد هیدرولیکی سیستم از مدل SWMM استفاده شده است . همچنین از امکانات سیستم GIS برای تعیین پارامترهای فیزیکی زیرحوضه ها شامل مساحت، عرض، ضریب زبری مانینگ ، ضرایب نفوذ و غیره و انتقال دهنده ها شامل نوع، ابعاد، جریان اولیه قبل از شروع بارش، طول، فاصله از کف در بالادست و پایین دست، ضریب زبری مانینگ و ضرایب افت و غیره استفاده شد. همچنین انجام محاسبات ساده و در عین حال وقت گیر مانند گرفتن میانگین وزنی و تهیه نقشه های کاربری، زیرحوضه بندی و غیره نیز با امکانات سیستم GIS انجام شد. با توجه به این امکانات، حوضه مذکور به 74 زیرحوضه تقسیم شد و با کمک مدل SWMM شبیه سازی بارش B رواناب به روش موج دینامیکی صورت گرفت که منتج به برآورد دبی در خروجی زیرحوضه ها میشود. در این تحقیق با در نظر گرفتن چند تکنیگ شناخته شده و مناسب در روش توسعه کم اثر، تلاش شد تا بهترین سناریوهای مناسب برای منطقه مطالعاتی حاصل شود. بنابراین روش هائی مانند آسفالت نفوذپذیر، سنگر نفوذ، بشکه باران، پشت بام سبز و حوضچه ذخیره زیرزمینی یک به یک در مدل اعمال و در منطقه مطالعاتی قرار گرفتند. اثرات هر سناریو بر روی مقدار رواناب، دبی و مجموع مواد جامد معلق خارج
3
شده از محدوده مطالعه بررسی شد و در انتها هزینه هر سناریو برآورد شده استاز. آنجا که در محیط شهری آلودگی معمولاً به مواد جامد معلق چسبیده و با جریان حمل می شود، لذا ارزیابی مقدار این مواد و کاهش آنها در محدوده مطالعه نیز بررسی شده است.
کاربری اراضی در این محدوده و روش های LID که می توان برای هر کاربری استفاده نمود به شرح جدول (1) و شکل 2 می باشد. چنانچه ملاحظه می شود، 61/4 درصد سطح اشغال محدوده شامل پشت بام و حیاط، 16 درصد خیابان و 10 درصد پیاده رو بوده که جمعا 87/4 درصد سطح اشغال محدوده را به خود اختصاص می دهد. در کل محدوده نیز حدود 12/6 درصد زمین خالی و فضای سبز برآورد شده است. این مقادیر با استفاده از نقشه ها و عکس های هوایی موجود محاسبه شده است.
جدول -1 کاربری اراضی محدوده مورد مطالعه و روش های LID ممکن برای استفاده در هر نوع کاربری
lid مورد استفاده درصد اشغال نوع کاربری
پشت بام سبز 61/4 سقف خانه ها و قسمت نفوذ ناپذیر حیاط
آسفالت نفوذپذیر 16 خیابان ها
پیاده رو نفوذپذیر 10 پیاده رو ها
- 10/9 زمین های خالی
- 1/7 فضای سبز
شکل-2 کاربری اراضی در محدوده مطالعه
برای استفاده بهتر و دقیق تر از نرم افزار SWMM محدوده مطالعه به 74 زیر حوزه مطابق شکل 3 از s1 تا s74 تقسیم شد که تعداد 28 زیر حوضه مربوط به قسمتهای مسکونی, تجاری, زمینهای بایر, پارک و فضای سبز میباشد. تعداد 46 زیرحوزه نیز مربوط به معابر میباشند. هر زیر حوضه دارای یک گره خروجی بوده که رواناب حاصل از خود را به آن گره منتقل می کند. این تقسیم بندی برای بالا بردن دقت مدلسازی انجام شده است.
شکل -3 حوزه بندی محدوده مورد مطالعه
