بخشی از مقاله
چکیده
برای استفاده از یک مدل ریاضی هیدرولوژیکی مانند HEC-HMS و WMS نیاز به مجموعهای از پارامترهای فیزیوگرافی میباشد. از جمله نرمافزارهایی که برای برقراری ارتباط میان مدل هیدرولوژیکی و GIS طراحی شده، برنامه جانبی HEC-GeoHMS است که در محیط این نرمافزار با به کارگیری الگوریتم D8 برای تعیین مسیر جریان، میتوان نقشه جهت و تجمع جریان را تهیه و مشخصات فیزیوگرافی زیرحوزهها را استخراج نمود.
در این تحقیق به عنوان مطالعهی موردی از کاربرد GIS، حوزه آبریز کیاسر شبیهسازی شد و مشخصات فیزیوگرافی حوزه استخراج گشت و در نهایت فایل ورودی به مدل HEC-HMS آماده شد. مطالعه موردی انجام شده در این تحقیق نشان داد که نرمافزار ArcView قادر به شبیهسازی نقشههای جهت و تجمع جریان و تقسیمبندی زیرحوزهها میباشد و برای این منظور تنها نیاز به یک ورودی DEM حوزه دارد بنابراین میتوان فایل ورودی به مدل هیدرولوژیکی را تنها با در دست داشتن نقشه توپوگرافی منطقه آماده کرد.
مقدمه
سیل را باید یکی از جدیترین بلایای طبیعی به شمار آورد. در کشور ایران طی بررسی سیلهای خسارت آفرین 50 سال گذشته - 1330 - 1380 - تعداد 3700 مورد سیل حادثهخیز به ثبت رسیده است که از این تعداد 481 مورد سیلاب مهم در طول سالهای 1361 تا 1371 به وقوع پیوسته است که بالغ بر 630 نفر تلفات انسانی به همراه داشته است. از این رو بررسی راه کارهایی برای جلوگیری از بروز سیل و کنترل خسارات احتمالی در اولویت کارهای منابع آب قرار گرفته است. یکی از عوامل مؤثر در بروزسیل یا تشدید خسارات آن عامل حوزهای میباشد که شامل: وسعت حوزه، شیب و شکل حوزه، شبکه آبراهههای حوزه، زمینشناسی و خاکشناسی حوزه، موقعیت حوزه و پوشش گیاهی حوزه میباشد - خرم مرگاوی، . - 1387 از این رو بدست آوردن خصوصیات فیزیکی هر حوزه آبریز یکی از مهمترین مطالعات بخش مدیریت منابع آب میباشد.
شکوهی - 1385 - به منظور استفاده از مدلهای ریاضی و GIS در تعیین سیمای طرحهای کنترل سیل به مطالعه موردی پروژه کنترل سیل شهر بهبهان پرداخت و از نرمافزار HEC-GeoHMS در محیط ArcView به عنوان نرمافزار ردیابی جریان و از HEC-HMS به عنوان نرمافزار هیدرولوژیکی استفاده کرد. خرم مرگاوی و همکاران - 1387 - با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی به استخراج خصوصیات فیزیوگرافی حوزه آبریز محدوده شهرستان گلوگاه پرداختند. برای این منظور از برنامه جانبی HEC-GeoHMS استفاده نمودند و پس از اجرای مدل HEC-HMS نتیجه گرفتند که برنامه جانبی HEC-GeoHMS قابلیت تولید فایل مدل حوزه که یکی از مولفههای اساسی موردنیاز نرمافزار HEC-HMS میباشد.
پورکاظمی - 1387 - با ایجاد مدل DEM در نرمافزار ILWIS این مدل را در محیط ArcView فراخوانی کرد و سپس با استفاده از برنامه جانبی HEC-GeoHMS به استخراج خصوصیات فیزیوگرافی حوزه پرداخت. سپس با استفاده از اطلاعات بدست آمده مدل هیدرولوژیکی حوزه آبریز کامه - استان خراسان رضوی - را اجرا کرد. ابوحسن و همکاران - 2009 - به شبیهسازی مدل هیدرولوژیکی حوزه سانگای کیورا1 در پراک و ارزیابی جواب هیدرولوژیکی این حوزه به تغییرات کاربری اراضی پرداختند. ایشان از مدل HEC-GeoHMS برای تبدیل DEM2 به ورودیهای مدل HEC-HMS استفاده کردند.
در این پژوهش با استفاده از برنامه جانبی HEC-GeoHMS که یکی از الحاقیههای ArcView میباشد مدل رقومی ارتفاعی حوزه ایجاد شد. به منظور استخراج خصوصیات فیزیوگرافی حوزه از مدل رقومی ارتفاعی استفاده شد و نقشه جهت و تجمع جریان و شبکه آبراهههای حوزه استخراج شد. سپس طول بلندترین آبراهه، مساحت و محیط حوزه و نقطه تمرکز جریان در محیط ArcView محاسبه شد. سپس فایل ورودی به مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS ایجاد شد. در نهایت پس از شبیهسازی هیدرولوژیکی حوزه، هیدروگراف سیل خروجی استخراج شد.
منطقه مورد مطالعه
حوزه مورد مطالعه - کیاسر - به مساحت تقریبی 65 کیلومترمربع و محیط 62 کیلومتر در جنوب شرقی شهرستان ساری در استان مازندران واقع شده است. این محدوده در حد فاصل طولهای جغرافیایی 729760 تا 745296 متر شرقی و عرضهای جغرافیایی 4010644 تا 4018670 متر شمالی در سیستم مختصات UTM واقع شده است. شکل - 1 - موقعیت این منطقه را روی نقشه نشان میدهد. همچنین در جدول - 1 - مشخصات فیزیوگرافی این حوزه آورده شده است.
شکل : - 1 - موقعیت محدوده مطالعاتی
جدول : - 1 - مشخصات فیزیوگرافی زیرحوزه کیاسر
مواد و روشها
نرمافزار HEC-GeoHMS یکی از الحاقیههای ArcView است که در آن الگوریتمی به نام D8 برای تعیین مسیر جریان به کار گرفته شده است. روشهای متعددی برای تعیین مسیر جریان و به دنبال آن ماتریس یا تابع تجمیع جریان ابداع شده که برخی از مهمترین آنها D8، MS و DEMON میباشند. این واقعیت که D8 سریعترین و در عین حال سادهترین روشی است که تا کنون برای انواع مختلف DEMها به جواب رسیده، منجر به این امر شده است که الگوریتم مزبور علیرغم همه مشکلات ذاتی خود، به عنوان الگوریتم ردیابی جریانهای سطحالارضی در GISهای استاندارد مورد استفاده قرار گیرد
در این الگوریتم از مدل هشت جهته استفاده میشود که در این مدل با توجه به شبکه ارتفاعات منطقه، شبکه جهتهای جریان ایجاد میشود. نقشه جهت جریان مشخص میکند که آب موجود در هر سلول به کدام یک از سلولهای مجاور خود جریان پیدا میکند. در شکل - الف- - 2 مشاهده میشود که برای هر سلول از یک مدل هشت جهته استفاده شده تا جهت جریان هر سلول مشخص شود. به طوری که در شکل - ج- - 2 مجموعه ای از بردارها جهت جریان سلولهای مورد نظر را مشخص کردهاند. البته این نقشه به صورت شبکهای از اعداد است که هر جهت جریان عدد منحصر به فرد خود را دارد
