بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق سیلاب حوضههاي شهري با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - در ترکیب با مدلهاي بارش- رواناب مطالعه گردیده است. در این مطالعه وضعیت سیلاب شهر ماسال در غرب استان گیلان بعنوان مطالعه موردي مورد بررسی قرار گرفته است.پس از تهیه اطلاعات DEM و TIN از محدوده مورد مطالعه با استفاده از نقشه ها و عکس هاي هوایی موجود وضعیت کاربري اراضی بصورت پلی گون هاي ژئورفرنس شده مجزا معرفی و با انطباق شبکه سیلابروي پیشنهادي این شهر بر مسیر معابر و خیابان ها و معرفی آن به عنوان مسیر جریان خصوصیات فیزیوگرافی حوضههاي شهري استخراج گردیده است.
در نهایت با استفاده از فرمول استدلالی بر اساس خصوصیات فیزیوگرافی و منحنی هاي شدت- مدت – دوره بازگشت بارندگی منطقه، مقادیر سیلاب هر یک از حوضه هاي شهري محاسبه گردیده است. ترکیب GIS با مدل هاي مختلف بارش- رواناب در طراحی شبکه سیلابروي شهرها که به روش آزمون و خطا براي رسیدن به آرایش و ابعاد بهینه انجام می گیرد، می تواند در کاهش زمان و هزینه بسیار موثر باشد.
-1 مقدمه
رشد جمعیت، توسعه شهري و صنعتی شدن جوامع تأثیرات نامطلوبی بر هیدرولوژي حوضههاي آبریز میگذارد، بطوریکه موجب تشدید سیلاب، افزایش آلودگی در پایاب و کاهش تغذیه آبهاي زیرزمینی میشود. مطالعه سیلاب در یک حوضه مستلزم بکارگیري حجم بالایی از اطلاعات و دادههاي متنوع در مورد خصوصیات فیزیکی حوضه، کاربري اراضی، نوع خاك حوضه و وضعیت هیدرولیکی مسیر جریان میباشد.
از اینرو مدیریت سیلاب در یک حوضه نیازمند نگرش یکجا و سیستمی به سیکل هیدرولوژي در آن حوضه میباشد - نیمشنویچ 1997، مامکوئیست و بنرست . - 1997 ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی با مدلهاي مختلف بارش – رواناب ابزار قدرتمندي براي مطالعه و مدیریت سیلاب در حوضه هاي شهري فراهم میآورد - دمایو و استیل 1996، بلال و همکاران 1996، میلردوف و مرجانوف . - 1991 رودریگز و همکارانش - - 2003 با استفاده از GIS هیدروگراف واحد رواناب شهري را بر اساس بانک اطلاعات شهري در سه حوضه با مساحت 18، 60 و 180 هکتار شهر نانت فرانسه را مورد ارزیابی قرار دادند.
در این مقاله مطالعه سیلاب حوضهها با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - در ترکیب با مدلهاي مختلف بارش-رواناب مورد بررسی قرار گرفته است و در پایان با بکاربري GIS اطلاعات فیزیوگرافی حوضههاي شهري ماسال تعیین و با استفاده از روش استدلالی مقدار سیلاب در این حوضهها محاسبه شده است.
-2 مواد و روشها
در استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - براي مطالعات سیلاب حوضهها لازم است ابتدا اطلاعات مختلف بصورت مجزا لایهبندي گردد. این لایهها شامل لایه رقوم - بصورت DEM یا TIN - ، لایه مسیر جریان آب، لایه کاربري اراضی و لایه نوع خاك میباشند. لایه رقوم در ترکیب با لایه مسیر جریان منجر به ایجاد لایه جدید مرز حوضهوها زیرحوضهها میشود. این لایه جدید با لایه کاربري اراضی و لایه نوع خاك ادغام گردیده و ضریب رواناب - - C یا شماره منحنی - CN - استخراج میشود. در نهایت با استفاده از اطلاعات مراحل قبل، خصوصیات فیزیوگرافی حوضهها و زیرحوضهها از قبیل مساحت، محیط، ارتفاع متوسط، طول و شیب آبراهه اصلی و زمان تمرکز جهت استفاده در مدلهاي مختلف بارش-رواناب تعیین میگردد.
-1-2 لایه رقوم
در مطالعات هیدرولوژي حوضهها بوسیله - GIS - ، لایه پایه جهت تهیه مدل سهبعدي حوضه لایه رقوم میباشد. این لایه را میتوان با استفاده از نقشهبرداري زمینی، نقشهبرداري با GPS، فتوگرامتري عکسهاي هوایی، سنجش از دور ماهواره اي و یا دیجیتایز کردن نقشههاي موجود تهیه نمود - گامبو و همکاران. - 2002 پس از آنالیز مقدماتی محدودة مورد مطالعه، اطلاعات رقومی بصورت مختصات x, y, z تهیه میگردد. این اطلاعات با استفاده از نرمافزارهاي GIS به فرمت DEM یاTIN تبدیل میشود.
DEM مجموعهاي از نقاط ارتفاعی ژئورفرنس شده است که بصورت شبکه منظم یا نامنظم مرتب گردیده است - پتري وکنی . - 1990 شبکه منظم شامل اطلاعات نقاطی است که بدون توجه به وضعیت سطح زمین در فواصل مساوي قرار گرفتهاند، ولی شبکه نامنظم علاوه بر این نقاط شامل نقاط اضافی دیگري در موقعیتهاي با تغییرات ارتفاعی شدید - همانندو خطالرأس خطالقعرها - میباشد.
افزایش نقاط شبکه باعث افزایش دقت و تهیه مدل واقعیتري از منطقه میشود که البته نیازمند حجم عملیات و فضاي حافظه بیشتر و در نتیجه صرف هزینه بیشتري خواهد بود - استفان TIN . - 1996 یک ساختار برداري براي نمایش وضعیت سطح زمین است که از یک شبکه نامنظم از نقاط با مختصات x, y, z تشکیل شده است. در این ساختار نقاط همجوار بدون تداخل با هم به یکدیگر متصل شده و مثلثهایی را که بوجود میآورند. این مثلثها با یکدیگر همپوشانی نداشته و در نهایت سطوح به هم پیوستهاي که نشاندهنده وضعیت ناهمواريهاي سطح زمین است، را ایجاد میکنند.
در آنالیز حوضههاي آبریز بوسیله DEM ابتدا بصورت خودکار مسیرهاي احتمالی آبراههها استخراج میگردد. این مسیرها ممکن استکاملاً منطبق بر مسیر آبراهههاي موجود نباشد. بنابراین لازم است تا به کمک لایه مسیر جریان آب اصلاحات لازم صورت گیرد.
در آنالیز با استفاده از TIN میتوان دادههاي رقومی بعد از مثلثبندي را با لایه مسیر جریان ترکیب کرده و یک مدل منطبق با شرایط منطقه بوجود آوردمعمولاً. در مناطق شهري به دلیل انحراف احتمالی جریان از مسیرهاي طبیعی بوسیله خیهاابان و یا سیلابروهاي مصنوعی استفاده از آنالیز به روش TIN مناسبتر میباشد. و بطور کلی در آنالیز بوسیله TIN آزادي عمل بیشتري براي تغییر مسیر جریان آب - بر خلاف شرایط طبیعی - در مقایسه با آنالیز بوسیله DEM وجود دارد.
-2-2 لایه مسیر جریان
مسیر جریان آب در حوضههاي بزرگ که تحت شهرسازي قرار نگرفتهواقعاندبر مسیلهاي طبیعی که خطالقعرها شدهاند منطبق است ولی در حوضههاي شهري بدلیل برهم خوردن شبکه زهکشی طبیعی بایستی با طراحی شبکه زهکشی مصنوعی در مسیر کوچهها و خیابانها جریانهاي سیلابی را به مسیلها، گودالها یا تالابهاي طبیعی هدایت نمود. حتی در مواردي جهت هدایت سیلاب به خروجی هاي مطمئن لازم است مسیر سیلابروها برخلاف شیب غالب منطقه انتخاب گردد.
در مناطق شهري متناسب با پلان شبکه سیلابروي پیشنهادي که بر مسیر کوچه ها و خیابان ها منطبق است، می توان لایه مسیر جریان را ایجاد نمود. در مناطق غیر شهري لایه مسیر جریان شامل مسیرهاي طبیعی است که با استفاده از نقشه هاي 1:25000 یا 1:50000 منطقه تهیه می گردد.
-3-2 لایه کاربري اراضی
جهت مطالعه هیدرولوژي یک حوضه بایستی وضعیت پوشش سطوح مختلف آن مورد بررسی قرار گیرد. مناطقی که تحت عملیات شهرسازي قرار گرفتهاند بایستی مشخص شوند. در این مناطق پوشش بخشهاي مختلف از جمله کوچهوها خیابانها، ساختمانهاي مسکونی و تجاري با تراکم مختلف، پارکینگها، مناطق تفریحی، آموزشی و ورزشی بایستی مشخص گردد. نوع کاربري مناطق طبیعی و دستنخوردة حوضهها - شامل مزارع، باغات، جنگل ها و مراتع - نیز باید مشخص گردد. لایه کاربري اراضی شامل مجموعه پلی گونهاي بسته و مجزا با خصوصیات یکسان است که در یک سیستم مختصات همسان با سایر لایهها ژئورفرنس گردیده است.
-4-2 لایه نوع خاك
خصوصیات هیدرودینامیکی خاك حوضه در مطالعه هیدرولوژي از اهمیت بسزایی برخوردار است. میزان رواناب یک حوضه علاوه بر مقدار بارش به میزان نفوذ خاك حوضه بستگی دارد. جهت مطالعه سیلاب حوضه بوسیله GIS بایستی لایه نوع خاك حوضه نیز به نرمافزار GIS مورد استفاده معرفی گردد. این لایه شامل پلیگونهاي بسته و مجزایی است که هر یک از این پلی گون ها نشان دهنده یک کلاس خاك - از نظر نفوذ - می باشند که بر اساس مطالعات خاکشناسی حوضه مورد مطالعه تهیه شده انده.ی این لای ن ز بایستی در یک سیستم مختصات همسان با سایر لایه ها ژئورفرنس گردد.
-5-2لتحلیی س لاب - مطالعه موردي شهر ماسال -
در تحلیل سیلاب یک حوضه فاقد ایستگاه آبسنجی به کمک یک مدل بارش-رواناب بر اساس خصوصیات فیزیوگرافی حوضه آبریز و متناسب با مقدار باران طراحی مقدار سیلاب طراحی برآورد می شود. جهت تعیین خصوصیات فیزیوگرافی می توان از امکانات GIS استفاده نمود. در این تحلیل ابتدا بایستی مرز حوضه آبریز مشخص گردد.
