بخشی از مقاله
برخی از منابع
آهنی، ح. طالببیدختی، ن. قربانی، ا. خرد، م. 1378،ارزیابی تغییرات کاربري اراضی و تأثیر آن بر میـزان تولیـد
رواناب (مطالعه موردي، حوضه آبخیز تنگ سرخ شیراز)، مجموعـه مقـالات سـومین کنفـرانس مـدیریت منابع آب ایران، دانشگاه تبریز. صص. 133-125
برخورداري، ج. خسروشاهی، م. 1386،بررسی اثر تغییرات پوشش اراضی و اقلیم بر جریـان رودخانـه (مطالعـه موردي حوزه آبخیز میناب)، مجله پژوهش و سازندگی. شماره 77، صص. .199-191
تهرانی، ن.1380، بررسی اثر تغییر پوشش گیاهی بر روي تشدید پیامدهاي پدیده سیلاب با استفاده از RS و GIS، پایاننامه کارشناسیارشد دانشگاه تهران.
مقدمه
آرایش طبیعی فرآیندهاي انتقال آب و رسوب از حوضههاي کوهستانی نیمهخشک به سمت پاییندست، متـأثر از دخالتهاي انسانی است. مهمترین مداخله انسانی در چنین حوضههایی، تغییرات کاربري اراضی است. نتایج این تغییرات در حوضههاي تحتتأثیر شهرسازي، تخریب خطوط تقسیم آب، قطع کردن مسیلهـاي زهکشـی طبیعی و افزایش سطوح نفوذناپذیر است. تغییر در مشخصههاي رواناب از طریق تغییر الگوي کـاربري اراضـی، براي فهم تأثیرات تغییر کاربري و یا پوشش اراضیروي فرآیندهاي هیـدرولوژیکی سـطح زمـین ضـروري اسـت .(Shi & et al, 2007: 31)
تغییر کاربري اراضی و گسترش شهرسازي به سمت حوضههاي کوهستانی مجاور شهرها، خطر سـیلاب را
به علت افزایش اوج و حجم دبی بیشتر کرده، زمان رسیدن دبی به اوج را نیز کاهش میدهـد (
Simonovi, 2007: 26; Saghafian et al, 2008: 1052; Liu et al, 2004: 228 Campinas &Tucci, .(2001:114 نواحی ساختهشده بهطور متوسط نود درصد از بارش را به رواناب تبدیل میکنند، درحـالیکـه در
نواحی غیرشهري مثل جنگل، 25 درصد از بارش نگه داشته میشود(.(Shang and Wilson, 2009: 1052 در نتیجهي دستاندازي در محیطهاي طبیعی، حضور ساختارهاي متعدد و نبود مقـررات مناسـب بـراي
محافظت از این محیطها، شرایط رویداد سیلاب فراهم میشود. تأثیر تغییـرات انسـانسـاخت بـر هیـدرولوژي سطحی میتواند از طریق نسبت دبی سیلاب پس از ایجاد این تغییـرات بـه دبـی سـیلاب پـیش از آنهـا طـی دورهاي بازگشت اندازهگیري شود(.(Kibler et al, 2007: 270 ولی با وجود این، تحلیل تأثیرات تغییر کـاربري بر فراوانی سیلاب مسئله اي سخت بهنظر میرسد که این بهخاطر کمبود دادههاي سـیلاب و همچنـین فرآینـد توسعه غیرایستا یا پویا بهویژه در نواحی ساختهشده است(.(Suriya&Mudgal, 2011: 210
ارزیابی اثرات تغییرکاربري اراضی روي فرآیندهاي سیلاب درزمین پیچیده بهوسیلهيGISو دیدگاه مدلسـازي پژوهشی است که توسط پژوهشگران مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است:
گوپتا و همکاران (1963)، با بررسی اثر تغییرات کاربري اراضی در شیب هاینه درصد و بارشهاي زمستانه و تابستانه، بر میزان تولید در دهرادون هندوستان به این نتیجه رسـیدند کـه بیشـترین میـزان تولیـد روانـاب مربوطبه بارش هاي تابستانه و اراضی آیش، سخت و شخم خورده است. سوان ورکمتورن (1994)، اثرات تغییـر کاربري اراضی بالادسـت حوضـه را روي الگـوي سـیلاب در نـواحی پـاییندسـت حوضـه بـا اسـتفاده از مـدل هیدرولوژیکی HEC-HMS و GIS بررسی کرد و به این نتیجه رسید که مـوقعی کـه مسـاحت جنگـل کـاهش پیدا می کند، رواناب حوضه و زیر حوضه بیشتر مـی شـود. بـه ایـن ترتیـب تـأثیر تغییـرات کـاربري اراضـی در بالادست حوضه، در تراز سیل پاییندست حوضه نشان داده شد.
کالدر وهمکاران (1995)، تأثیر تبدیل جنگل هاي مناطق خشک به اراضی کشاورزي را بر روانـاب حوضـه
اثرات تغییر کاربري اراضی بر بیلان هیدرولوژیکی حوضه کردان .... 3
آبخیز دریاچه ملاوي در آفریقا بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که کاهش سیزده درصد جنگلهـا باعـث افزایش رواناب خروجی و افزایش سطح دریاچه شده است.
دهو((1999، اثر تغییرات کاربري اراضی را روي وقوع سیلاب در حوضه را بررسـی کـرد. نتـایج حـاکی از افزایش خطر وقوع سیلاب در اثر تغییر کاربري اراضی طی سی سال آینده است.
فوهر و همکاران (2002)، با استفاده از GIS توزیع مکانی سناریوهاي مختلف کاربري اراضـی را مشـخص کرده، سپس به کمک مدل هیدرولوژیکی SWAT- G تأثیر سناریوهاي موردنظر را بـر تعـادل آبـی در حوضـه آبخیز مورد مطالعه، پیش بینی کردند و به این نتیجه رسـیدند کـه تغییـر کـاربري اراضـی از جنگـل بـه سـایر کاربري ها موجب افزایش خطر بالقوه سیل می شود. کامارانی و همکاران (2005)،اثر تغییـر کـاربري اراضـی در وقوع سیلاب حوضه رودخانه پو واقع در نزدیکی شهر بلونگا در شمال ایتالیا را بررسـی کـردهانـد، نتـایج تـأثیر شایان توجه تغییر کاربري اراضی را روي هیدروگراف شبیهسازيشده نشان داد. پژوهش هاي آنان مشخص کرد که تغییر کاربري اراضی براي بارش هاي با شدت بالا تأثیر زیـادي بـر سـیلاب حوضـه دارد. وانـگ و همکـاران (2008)، با مدلسازي اثر گزینههاي مختلف کاربري اراضی در حوضهاي در چین به ایـن نتیجـه رسـیدند کـه تبدیل اراضی مرتعی به اراضی جنگلی در حوضه منجربه افزایش میزان رواناب سـالانه و کـاهش آب زیرزمینـی در اثر کاهش نفوذپذیري خاك و کاهش تعرق در حوضه میشود. در جدیدترین پژوهشهاي انجامشده مـرتبط با موضوع تغییر کاربري اراضـی روي سـیلاب، ارتبـاط رفتـار سـیلاب و الگـوي ایجـاد و توسـعه شـاخصهـاي شهرسازي (کاربري اراضی، جمعیت، شبکه ارتباطی و ...) در بازههاي زمانی مشخص بررسی میشـود. از جملـه این پژوهشها میتوان به "تأثیر تغییرات کاربري اراضی روي سیلاب در حوضه آبخیز تیروسـولام" اشـاره کـرد که سوریا و مادگال در سال 2011 انجام دادهاند. این پژوهش در چهار سناریو انجـام شـده اسـت؛ در ابتـدا بـا استفاده از تکنیک سنجش از دور و روش طبقهبندي، کاربريهاي اراضی حوضه مـوردنظر در دو سـال 1976 و 2005 میلادي استخراج شده تا آشکارسازي تغییرات انجام میگیـرد. در سـناریوي دوم، مـدلسـازي بـارش-رواناب با استفاده از مدل HEC-HMSانجام شده و سناریوي سوم شامل تهیه نقشه خطر سیل محـدوده مـورد مطالعه با استفاده از RS و GISاست. درنهایت نقشه پهنهبندي سیل با بهکـارگیري مـدل یـک بعـدي HEC-) (RAS تهیه شده است.
تهرانی((1380، به بررسی اثر تغییر پوشش گیاهی بر تشدید پیامدهاي سـیلاب بـا اسـتفاده از GISو RS در حوضه آبخیز مادرسو(دوغ) پرداخت و به این نتیجه رسید که استفاده نابجا از اراضی، تخریب پوشش گیاهی و همچنین بروز رگبارهاي موسمی شدید در منطقه می تواند از علل اصـلی افـزایش میـزان روانـاب در منطقـه باشد. فرازجو (1382)، در پژوهشی با تلفیقGIS و مدل هیدرولوژي HEC-HMS اثرات تغییر پوشـش گیـاهی از طریق تغییر کاربري اراضی بر دبی اوج و حجـم سـیل حوضـه آبخیـز سـد گلسـتان را براسـاس سـناریوهاي
4 جغرافیا و پایداري محیط، سال دوم، شماره 4، پاییز 1391
مختلف کاربري اراضی بررسی کرده، نتیجه گیري کرد که با تغییر کاربري اراضـی در اثـر تخریـب جنگـلهـا و مراتع حوضه، دبی اوج و حجم سیل روند افزایش داشته است.
خلیقی و همکاران (1384)، اثر تغییر کاربري اراضی را بر سیلخیزي حوضـه در بارانـدوزچاي آذربایجـان غربی بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که سیلاب در دوره جدیـد (1379)،در بعضـی از زیرحوضـههـا تـا هفتاد درصد نسبتبه دوره قدیم (1334)، افزایش یافته، ولی این افزایش دبی پیک در دوره بازگشت بزرگتـر، کمتر است.
هادیانی (1385)، در پژوهشی با عنوان نقش تغییر کاربري اراضی بر دبی سیلابهـاي منطقـهاي حوضـه آبخیز مادرسو، با استفاده از روش SCS دبی حداکثر لحظهاي سیلاب را در دو وضعیت کاربري فعلـی اراضـی و کاربري اراضی براساس قابلیت برآورد کرد. برخورداري و همکاران((1386، با مشخص کردن تغییـرات کـاربري اراضی در سه مقطع زمانی 1354، 1367، 1381، کاربري اراضی را بر رفتار هیدرولوژي و سـیلخیـزي حوضـه آبخیز سد استقلال میناب هرمزگان بررسی کرده، به این نتیجه رسید که تأثیر تغییر کاربري اراضـی بـر رژیـم رودخانه با توجه به روند تغییرات دبی حداکثر سیلاب ناشی از بارش 24 ساعته با دوره بازگشت کمتـر از پـنج سال داراي نقش قابل ملاحظه است.
آهنی و همکاران (1387)، با استفاده از تصاویر ماهوارهاي اسپات مربـوطبـه سـال 1385 و لندسـت TM مربوطبه سال 1367، اقدام به تهیه نقشههاي کاربري اراضی حوضه آبخیز تنگ سرخ شیراز کرده، با اسـتفاده از روش سازمان حفاظت خاك امریکا1 میزان سیلخیزي را براي سالهاي یادشده برآورد کردهاند و به این نتیجـه رسیدند که بیشترین کاهش سطوح مربوطبه کاربريهاي جنگلی و مرتع و بیشترین افزایش سـطوح مربـوطبـه کاربري اراضی بایر و دیمزارهاي کم بازده بوده و بر این اسـاس میـزان سـیلخیـزي 22درصـد افـزایش یافتـه، بهطوريکه با کاهش پوشش گیاهی عمق رواناب بهصورت نمایی افزایش مییابد.
درفشی و همکاران (1390)، نقش تغییر کاربري اراضی بر مؤلفههاي بـیلان هیـدرولوژیکی حوضـه آبخیـز کن را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که ضریب رواناب از 56/49 درصد در سال 1367، به 64/1 درصد در سال 1385، افزایش پیدا کرده است.
طی سه دهه اخیر، حوضه آبخیز کردان بهویژه پاییندسـت آن بـا رشـد سـریع سـاخت وسـاز و گسـترش سازهاي سکونتگاهی مواجه بوده است. فعالیتهاي انسانی و تغییرات کـاربري در ایـن حوضـه، باعـث شـده تـا آرایش طبیعی فرآیندهاي آبراههاي که آب و رسوب را از حوضههاي بالادست به پاییندست انتقال مـیدهنـد، تحت تأثیر مداخلات انسانی قرار گرفته، یکی از مسائل اساسی مخاطرهآمیز در این حوضه را که همانا تغییـرات ایجادشده در الگوي جریانهاي سطحی و شرایط طبیعی حوضهها و تجاوز به حریم رودهـا و آبراهـههـا اسـت،
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1. SCS
اثرات تغییر کاربري اراضی بر بیلان هیدرولوژیکی حوضه کردان .... 5
بهوجود میآورد. یکی از نتایج ایـن تغییـر کـاربري هـا، افـزایش ضـریب روانـاب و سـیلخیـزي حوضـه اسـت. بهطوري که ضریب رواناب از 71/38 درصد در سال 1366، به 71/79 درصـد در سـال 1379، و 77/89 درصـد در سال 1388، افزایش پیدا کرده است. هدف پژوهش حاضر در ابتدا، بررسی تغییرات کـاربري اراضـی حوضـه مطالعاتی با استفاده از تکنیک RS و GIS و در ادامه ارزیابی اثر این تغییرات بر مشخصههـاي روانـاب سـطحی تولیدشده و دبیهاي حداکثر با استفاده از مدلHEC-HMSدر سه سال 1366 و 1379 و 1388 است.
منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز رودخانه کردان با وسعتی برابر 838 کیلومتر مربع، در موقعیت جغرافیـایی 35˚ 55" تـا 36˚ 05" عرض شمالی و 50˚ 45" تا 51˚05" طول شرقی واقع شده است(شکل شماره .(1 این حوضه از بخـش شـمال به رشته کوه هاي البرز، حد حوضه آبخیز طالقان، از غرب به یال جداکننده آبخیز رودخانه فشند، از جنـوب بـه جاده کرج- قزوین و رشتهکوه سرداران و از شرق بـه رشـتهکـوه لیـک، جوچـال(حوزه آبریـز رودخانـه برغـان) محدود می شود. حوضه مطالعاتی براساس تقسیمبندي اقلیمی دومارتن، داراي ماکرو اقلیم از نوع نیمـهخشـک، مدیترانهاي، نیمهمرطوب و مرطوب است. میانگین بارندگی سالانه منطقه، 450 میلیمتر است. حـداکثر بـارش در زمستان بهصورت برف و حداقل آن در تابستان بهصورت رگبار میبارد. متوسـط درجـه حـرارت سـالانه 13 درجه سانتیگراد بوده، متوسط حداکثر و حداقل دماي مطلق سالانه نیز بهترتیب 38 و -10 درجه سانتیگـراد است.
شکل .1موقعیت عمومی حوضه آبخیز و دشت کردان
6 جغرافیا و پایداري محیط، سال دوم، شماره 4، پاییز 1391
مواد و روشها آشکارسازي تغییرات کاربري اراضی
براي تعیین تغییرات کاربري اراضی حوضه و آبراهـه کـردان از تصـاویر مـاهوارهاي 1TM سـال 1366 و ETM+ سال 1379 و 1390 با ضریب تفکیک مکانی30 2 متري استفاده شد. براي تعیـین تغییـرات کـاربري اراضـی حوضه موردمطالعه طی این دوره زمانی 20ساله (1385 -1366)، برمبناي تصویر مـاهوارهاي سـال 1366 و بـا استفاده از نقاط کنترل روي نقشههاي توپـوگرافی 1:25000، زمـین مرجـع کـردن تصـاویر مـاهوارهاي جهـت تصحیح خطاي هندسی آنها انجام شد. این تصاویر در محیط ERDAS Imagine پردازش شدند؛ آنگـاه طبقـه-بندي کاربري اراضی با روش احتمال کلی3 در طبقهبندي نظارتشده4 انجام شد. هرکدام از تصاویر به پنج نـوع کاربري شهري، کشاورزي، مرتع، باغ و اراضی بایر طبقهبنـدي شـدند. پـس از ایـن فرآینـد، طبقـهبنـديهـاي بهدست آمده در محیط Arc Map،رقومی شدند تا نقشه کاربري اراضـی حوضـه موردمطالعـه بـراي سـالهـاي موردبررسی بهدست آید.
مدل HEC-HMS
دادههاي بارندگی، دبی و دماي روزانه و همچنین تبخیر ماهانه ایستگاه نجمآباد، براي سالهاي 1366، 1379 و 1388 براي شبیهسازي بـارش- روانـاب بـا مـدل HEC-HMS اسـتفاده شـد. در مؤلفـه مـدل، روش SCS CurveNumber در قسمت تلفات5 بارش استفاده شد. پارامترهاي موردنیـاز ایـن روش گیـرش اولیـه6، شـماره منحنی و درصد سطح غیرقابل نفوذ حوضه است. پـس از تهیـه مقـدار متوسـط CN، امکـان محاسـبه ذخیـره سطحی خاك (S) از طریق رابطه (1) فراهم شد. تخمین میزان تجربی گیرش اولیـه بـا اسـتفاده از رابطـه (2) صورت میگیرد که در مطالعههاي زیادي استفاده شده است (بالتاس ، 1827 : 2007؛ لیم و همکـاران، :2006 .(635
رابطه (1 S = (25400/CN) – 254
رابطه (2 Ia = 0.2S
در رابطه (1)، CN، یک عدد بدون بعد بوده، بین صفر تا 100 متغیر است؛ در CN، برابر 100 خاك تـوان جذب بارندگی را ندارد و در نتیجه ارتفاع رواناب با بارندگی مساوي است.
در رابطه (2)، Ia، گیرش اولیه (میلی متر) و S (میلیمتر)، مقدار ذخیره سطحی خاك است. درصد سـطح
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1. Thematic Mapper 2. Location Resolution 3. Maximum Likelihood 4. Supervised Classification 5. Loss 6. Initial Abstraction
S = (1000/CN) – 10
در این رابطه L، طول رودخانه اصلی برحسب فوت؛ y، شیب رودخانه اصلی برحسـب درصـد؛CN، شـماره منحنی؛tlag، زمان تأخیر برحسب ساعت و S، نگهداشت آب در سطح حوضه است.
در مؤلفــه مــدل هواشناســی، روش Specified Hyetograph بــهکــار گرفتــه شــد و مــدیریت ســالهــاي شبیهسازي در نرمافزار با عنوان دورههاي کنترل4، برمبنـاي سـالهـاي آمـاري مورداسـتفاده در ایـن پـژوهش تعیین شد. در ادامه واسنجی مدل اجراشده از طریق روش خودکار و با فرض انتخاب بهترین پارامترهـا بـر کـم بودن درصد خطاي پیک انجام ش
