مقاله پژوهشی
چكيده :
روند رو به افزايش سيل در سال هاي اخير حاكي از ان است كه اكثر مناطق كشور در معرض تهاجم سيلابهاي ادواري ومخرب قرار دارند از اين نظر بسياري از شهر ها ،روستاها ،تاسيسات صنعتي و كشاورزي واماكن مسكوني در معرض خطر سيل گيري قرار گرفته اند . لذا شناسايي اصولي مناطق خطر ساز وسيل خيز در داخل حوضه ابخيز از جمله مقدمات بسيار مهم در كنترل سيل و كاهش خسارات ناشي از ان محسوب مي گردد. در مطالعاتي كه تا كنون براي شناسايي مناطق سيل خيز در داخل يك حوضه ابخيز انجام گرفته است ،معمولا دبي اوج زير حوضه ها در مقايسه با هم (فقط در محل زير حوضه )بدون توجه به اثر روند يابي سيل از محل خروجي زير حوضه تا خرو جي كل حوضه ويا نحوه مشاركت ان زير حوضه در سيل خروجي كل حوضه مد نظر بوده است .در اين مقاله نقش روند يابي سيل در تفكيك وشناسايي مناطق سيل خيز پس از روند يابي دبي زير حوضه ها در ابراهه هاي اصلي تاخروجي كل حوضه بررسي شده است .بدين منظور حوضه مورد نظر به 7زير حوضه تقسيم گرديد وخصوصيات فيزيكي كل حوضه و زير حوضه ها با استفا ده از سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS) در فرمت رقومي تعيين شد .سپس با بهره گيري از مدل هيد رولوژيكي HMS و كاربرد روش ابداعي تكرار حذف انفرادي زيرحوضه (Successive single subwatershed elimination)هيروگراف هاي سيل متناظر با بارش هاي طراحي براي هر يك از زير حوضه ها محاسبه شد .با حذف متوالي زير حوضه ها در هر بار اجراي مدل ، دبي خروجي كل حوضه پس از روند يابي سيل در ابراهه هاي اصلي بدون زير حوضه مورد نظر محاسبه گرديد ،بدين ترتيب ميزان تاثير هر يك از زير حوضه ها در توليد سيل خرو جي بدست امد زير حوضه اي كه بيشترين سهم مشاركت را در تو ليد سيل خروجي حوضه به عهده داشت ،به عنوان سيل خيز ترين زير حوضه شناسايي شد .سپس ساير زير حوضه ها به ترتيب ميزان كمي مشاركت انها در سيل خروجي اولويت بندي گرديدند .روند يابي سيل در ابراهه ها نشان داد كه ميزان مشاركت زير حوضه ها در سيل خروجي متناسب با دبي اوج زير حوضه ها نبوده ولزوما زير حوضه هايي كه دبي بيشتري دارند ،بيشترين مشاركت را در سيل خروجي حوضه ندارند ،زيرا عوامل روند يابي ابراهه ها وموقعيت مكاني زير حوضه ها مي توانند باعث تغيير در نحوه مشاركت گردند. جهت حذف اثر مساحت در اولويت بندي زير حوضه ها ،ميزان تاثير هر واحد سطح زير حوضه در سيل خروجي نيز محاسبه گرديد ،كه از اين نظر اولويت بندي سيل خيزي زير حوضه ها تغيير يافت .
واژه هاي كليدي :كنترل سيل ،پتانسيل توليد سيل ،روند يابي سيل ،زير حوضه ،GIS،مدل HMS،حوضه دماوند .
مقدمه:
بررسيهاي سازمان ملل متحد حاكي از آن است كه سيل را بايد يكي از جدي‌ترين بلاياي طبيعي بشمار آورد . تنها معدودي از كشورهاي جهان را ميتوان يافت كه فارغ از مسايل و مصايب سيل باشند. در ايران از بررسي سيلهاي خسارت آفرين 50 سال گذشته)1380-1330) تعداد 3700 مورد سيل حادثه خيز به ثبت رسيده است (خبرنامه هيدروليك،مهرماه 80). روند افزايش سيل در 5 دهه گذشته نشان مي دهد كه تعداد وقوع سيل در دهه 70 نسبت به دهه مبنا تقريبا 10 برابر شده است و بعبارت ديگر 900 درصد افزايش داشته است (شكل شماره 1). .پاره‌اي از اين سيلها بسيار بزرگ و پر خسارت بوده‌اند كه از جمله آنها ميتوان به سيل آذر 1365 و اسفند 1371 اشاره كرد.
بررسي دقيق مجموعه عوامل زيست محيطي كه زمينه ساز اين حوادث هستند نشان مي‌دهد كه دخالت انسان در چرخه طبيعي آب از طريق تخريب پوشش گياهي در عرصه‌هاي آبخيزTabacchi) و همكاران2000،Loukas وهمكاران2000) ، كاربري غير اصولي اراضي (Lorup و همكاران 1998)، توسعه سطوح غير قابل نفوذ(Yunjie & Tommy،1998) و امثال آن احتمال سيلخيزي را در مناطق گوناگون افزايش داده است. در نتيجه پهنه جريان سيلابها گسترش يافته و زمينهاي بيشتري در هنگام طغيان آبها تحت تأثير قرار مي‌گيرد. مكانهايي كه با مطالعه و رعايت حريم رودخانه در گذشته اشغال شده‌اند، امروز مورد تهديد سيل قرار دارند. براي مقابله با اين پديده مخرب و حفاظت از جان و مال انسانها و زمينهاي كشاورزي و تأسيسات، به روشهاي گوناگوني از جمله احداث سدها و سازه‌هاي آبي و همچنين انجام عمليات مهندسي براي رودخانه‌ها و سواحل و حوضه‌هاي آبخيز متوسل شده‌اند. اين روش ها گرچه در جاي خود اهميت قابل ملاحظه‌اي دارد ولي با مشكل فرسايشي و رسوبگذاري پشت سدها و سازه ها مواجه شده‌است.
از طرف ديگر تغييرات قابل ملاحظه در نوع و شيوه‌بهره برداري از اراضي باعث‌شده است كه: اولاً سطح مناطق سيل خيز و شدت سيل خيزي در و احد سطح افزايش يابد كه از اين نظر سطح مناطق سيل خيز در كشور حدود 91 ميليون هكتار برآورد گرديده است)معاونت‌آبخيزداري1377). ثانياً سطح مناطق سيل‌گير در حاشيه رودخانه‌ها و مسيل‌ها نيز افزايش يابد ، از اين نظر 592 شهر، 66 هزار روستا، 2 هزار رشته قنات، يك ميليون هكتار از اراضي زراعي و بــخش وسيعي از جاده‌هاي كشور و تأسيسات صنعتي در معرض خطر سيلگيري و تخريب قرار دارند)رضواني 1377). به اين ترتيب اكثر حوضه‌هاي آبخيز كشورمان به انحاء مختلف در معرض تهديد سيل است. بنابراين راه حل اصولي و چاره ساز را نيز بايد در روي زمين و اختصاصاً در حوضه‌هاي آبخيز جستجو كرد زيرا براي جلوگيري از بروز اينگونه پديده‌هاي زيانبار در حال حاضر نمي‌توان در عوامل و عناصر جوي تغييري ايجاد نمود. در مطالعاتي كه تاكنون براي شناسايي مناطق سيل خيز در داخل يك حوضه آبخيز انجام گرفته است معمولا حوضه آبخيز با هر وسعتي بعنوان يك واحد تلقي شده است. بدين ترتيب تعيين مناطق داخل حوضه كه پتانسيل بيشتري در توليد سيل دارند، امكان پذير نمي‌شود. لذا عمليات اجرايي و اصلاحي براي پيشگيري و مهار سيلاب در داخل حوضه آبخيز با مشكل مواجه مي‌شود . چه بسا در پاره‌اي از موارد اقدامات انجام شده تأثيري در تخفيف سيل نداشته است زيرا كانونهاي توليد سيل و خطرزا در داخل حوضه مشخص نشده است.
جلالي (1368)به منظور بررسي وضعيت سيلخيزي پاره‌اي از رودخانه‌هاي ايران با استفاده از فرمول فرانكو روديه مطالعه اي در 8 منطقه گيلان، فارس، كرمان، اروميه، سفيدرود، خوزستان، مازندران و خراسان انجام داده است در اين روش مقدار K بعنوان شاخص سيلخيزي در نظر گرفته شده است. براساس اين مطالعه منطقه خوزستان سيل خيزترين منطقه ايران با مقدار K بين 55/4 تا 58/4 )براي سيلاب 1000 ساله( مي باشد. پس از آن فارس و خراسان در رده دوم و سوم قرار دارد. در اين تحقيق اقدامي در جهت بررسي شدت سيلخيزي زيرحوضه‌ها در مقياس عملي و اجرايي انجام نگرفته است.
قائمي و همكاران )1375( در يك مطالعه موردي ضمن معرفي شش عامل تأثير گذار بر سيلاب شامل: عمق بارندگي، زمان بارندگي، عمق برف انباشته، شيب و شكل حوضه، جنس زمين و پوشش گياهي و ارزش گذاري كمي آنها با نظر كارشناسي، شدت سيل خيزي زير حوضه‌هاي رودخانه كرخه را تعيين نمودند. از آنجا كه شش عامل مورد بررسي در اين مطالعه از تأثير يكساني بر كاهش يا افزايش سيلاب و سيل خيزي زير حوضه‌ها برخوردار نبودند، لذا وزني مستقل به ترتيب اهميت اين عوامل در نظر گرفته شد تا بدين ترتيب مقدار عددي شدت سيلخيزي واحدهاي هيدرولوژيكي قابل مقايسه گردد. نحوه انتخاب و كمي كردن عوامل و دخالت دادن نظر كارشناسي در وزن هاي هر يك از عوامل مؤثر از جمله موارد متكي به قضاوت كارشناسي در اين تحقيق محسوب مي‌گردد. در حاليكه فرض رفتار خطي زير حوضه‌ها و عوامل مؤثر بر سيلخيزي و نيز نقش رونديابي رودخانه ها در سطح حوضه‌هاي بزرگ مورد ترديد جدي است.
در زمينه مــنطقه بـندي خطر سيل بعضي از محققين از داده هاي دورسنجي و GIS استفاده كرده‌اند، از جمله 2000)) & Sad Islam با استفاده از داده‌هاي ماهواره‌اي NOAA-AVHRR و كاربرد GIS نقشه خطر سيل را براي كشور بنگلادش تهيه كرده‌اند. اين نقشه از تركيب دو لايه، فراواني اثر سيل (Flood-affected frequency) و عــمق سيل(Flood water depth) تشكيل شده است. دو نقشه رقــومي خـــطر ســيل(Flood hazard map) كه با استفاده از داده‌هـاي طبـقه بـندي پوشش زمين، فيزيوگرافي و زمين شناسي تهيه شده‌اند، روي هم قرارداده مي شوند و نقشه خطر پذيري (Risk) سيل تعيين مي شود.
نصرتي (1379) با تهيه نقشه هاي رقومي مورد نياز براي محاسبه رواناب در روش SCS و بررسي عوامل مؤثر بر رواناب نسبت به تهيه نقشه پهنه بندي قابليت سيل خيزي حوضه آبخيز گاوه رود اقدام نموده است . در اين تحقيق با استفاده از ابزار سنجش از دور و GIS نقشه هاي خاك، پوشش گياهي، CN و بارندگي حد اكثر 24ساعته تهيه و با كاربرد روابط SCS نهايتا نقشه ارتفاع رواناب براي هر پيكسل در سطح حوضه تهيه شده است . دراين تحقيق اقدامي درجهت اثر رونديابي آبراهه ها از زيرحوضه تا خروجي كل حوضه و همچنين بررسي ميزان تاثيرهر يك از زيرحوضه ها در خروجي حوضه بعمل نيامده است.
عبدي و رسولي(1380) براي پهنه بندي پتانسيل سيل خيزي در حوضه آبخيز زنجان رود با تهيه لايه هاي مختلف مطالعاتي از قبيل زمين شناسي، كاربري اراضي، گروههاي هيدرولوژي خاك ، CN و لايه منحني هاي همباران حوضه با دوره برگشتهاي 25 و50 ساله و همپوشاني لايه هاي مورد نظر نهايتا لايه پتانسيل توليد رواناب را با استفاده از روش SCS محاسبه نمودند. متعاقب اين كار براي تهيه لايه پهنه بندي سيل خيزي حوضه، بر اساس مطالعات و تجربيات بدست آمده و مشخصات منطقه اي محل مورد مطالعه و نظريات كارشناسي، لايه پتانسيل توليد رواناب را در رده هاي مختلف و با شدتهاي متفاوت در محيط GIS طبقه بندي نمودند. لايه مذكور بدون توجه به محل و موقعيت و مرز زيرحوضه ها و در نظر گرفتن ارتفاع رواناب در هر پيكسل و تجميع پيكسل ها در چهار دامنه تهيه شده است
در همين زمينه بعضي از محققين بـه بــحث مناطق مولد متغير رواناب (Variable Source area) كه‌به بررسي مناطقي با بيشترين توليد رواناب مي‌پردازد اشاره كرده اند) Hewlet, et al. به نقل از روغني 1378(. هيدرولوژيست هاي جنگل به اين مناطق، اصطلاح سطوح جزئي رواناب ((runoff Partial area نام نهاده اند ((Chow et al, 1988 . Beven& Kirkby,1993.
در غالب منابع فوق و همچنين مفهوم مــناطق مولد متغير رواناب ، مكانيسم توليد رواناب بدون در نظر گرفتن تأثير اختصاصي و يا تلفيقي حضور رواناب مناطق)زير حوضه‌ها) در خروجي حوضه آبخيز مورد بررسي قرار مي گيرد. در حاليكه رواناب توليد شده در سطح زيرحوضه ها تا رسيدن به خروجي حوضه تحت تاثير عوامل مختلفي (از جمله تاثير متفابل اين عوامل) دستخوش تغييراتي مي گردد كه اولويت بندي زيرحوضه ها را از نظر سيل خيزي تحت تاثير قرار مي دهد . در شناسايي مناطق با پتانسيل توليد رواناب، بيشتر بحث رونديابي زيرحوضه و سپس رونديابي هيدروگراف زيرحوضه تا محل خروجي كل حوضه آبخيز اهميت پيدا مي كند. چرا كه لزوما مناطق با پتانسيل توليد رواناب بالا در سطح حوضه (كه تفكيك اين مناطق مي تواند در قالب زيرحوضه ها و يا واحدهاي هيدرولوژيكي صورت گيرد ) با توجه به موقعيت مكاني خاص خود تا محل خروجي كل حوضه نمي توانند رفتار خطي از خود بروز دهند زيرا در جريان انتقال دبي هاي اوج مناطق بالادست به طرف پاياب حوضه، به دليل عبور از اراضي پست (Low land ) ، يعني مناطقي كه دشت هاي سيلابي تقريبا بخوبي توسعه يافته اند ممكن است بخش قابل توجهي از حجم جريان سريع(Quick flow ) بطور موقت در بستر دشت هاي سيلابي نگهداري شوند كه اين حالت براي تمام زيرحوضه ها وجود نداشته باشد. اين بخش از دبي اوج كه در سواحل ذخيره مي شوند(Bank storage ) ارتفاع پيك را كاهش داده و زمان پايه هيدروگراف را طولاني تر مي كند(Ward & Robinson,2000) . از طرف ديگر ممكن است به دليل همزماني حضور دبي دو يا چند زيرحوضه در محل خروجي كل حوضه (كه صرفا از طريق رونديابي آبراهه هاي اصلي مي توان به حضور همزمان آنها در خروجي كل حوضه دست يافت) و تاثيرات متقابل آنها بر يكديگر، نحوه مشاركت آنها در سيل خروجي حوضه دستخوش تغييراتي گردد. به اين ترتيب هر چند تفكيك مكاني مناطق همگن براي بررسي پتانسيل توليد رواناب در قالب زيرحوضه از اهميت خاص خود برخوردار است، اما فقط پس از رونديابي هيدروگراف زيرحوضه ها تا خروجي كل حوضه مي توان ميزان مشاركت آنها را در ايجاد سيل خروجي حوضه تعيين كرد و زيرحوضه ها را از نظر سيل خيزي اولويت بندي نمود.
ويژگيهاي عمومي عرصه تحقيق:
حوضه آبخيز دماونددر طول جغرافيايي 40،46،51 تا 05،12،52 و عرض جغرافيايي 48،32،35 تا 39،51،35 واقع شده است. اين حوضه از شمال به حوضه آبخيز سد لار ، از جنوب به حوضه آبخيز ايوانكي ، از غرب به حوضه سد لتيان و از مشرق به درياچه تار محدود است. حوضه دماوند با مساحت 758 كيلومتر مربع به 7 زيرحوضه با مساحت هاي متفاوت تقسيم شده است. فاصله آن از محل شهر دماوند تا تهران حدود 50 كيلومتر است. بلندترين نقطه آن 4010 متر و پايين ترين نقطه در دهانه خروجي حوضه در ارتفاع 1250 متر نزديك روستاي ماملو قرار دارد. ميانگين نزولات سالانه حدود 443 ميلي متر و ميانگين دماي سالانه حوضه حدود 10 درجه سانتيگراد است.
معرفي مدل HEC-HMS نسخه 2,0,3
مدل HEC-HMS نسخه توسعه يافته HEC-1 تحت ويندوز براي شبيه‌سازي پاسخ رواناب سطحي يك حوضه آبخيز نسبت به بارندگي‌هاي معين طراحي شده است. اين مدل، حوضه آبخيز را به عنوان يك سيستم بهم پيوسته با مولفه‌هاي هيدرولوژيكي و هيدروليكي نمايش مي‌دهد. هر مولفه مدل يك جنبه از فرايند بارش - رواناب را در داخل بخشي از حوضه كه معمولاً به عنوان زيرحوضه در نظر گرفته مي‌شود شبيه‌سازي مي‌كند. بعبارت ديگر مولفه‌هاي مختلفي براي شبيه‌سازي سيستم فيزيكي حوضه تركيب مي‌شوند و هر مولفه قسمتي از محاسبات لازم را براي يك هيدروگراف كامل انجام مي‌دهد.
ساختار مدل: بخش‌هاي اصلي مدل را سه مجموعه به شرح زير تشكيل مي‌دهند:
مــدل حـوضه :(Basin Model) كه شامل پارامترها و داده‌هاي مرتبط با عناصر(Element) هيدرولوژيكي است. اين عناصر عبارتند از زيرحوضه‌ها، بازه‌هاي رونديابي، محل اتصال آبراهه‌ها (Junction)، مخازن، چشمه، منبع و محل انحراف آب(Diversion) رواناب زيرحوضه‌ها مي‌تواند بصورت يكپارچه و يا توزيعي محاسبه شود. در مدل يكپارچه، بارش و تلفات بصــورت ميانگين مكاني روي زيرحوضه در نظر گرفته مي‌شود. در روش
توزيعي بارش مؤثر در سطح كوچكترين جزء تقسيم )سلول) محاسبه شده و تبديل بارش مؤثر به رواناب مستقيم بوسيله روش اصلاح شده كلارك (Modclark)صورت مي‌گيرد.
مــدل بــارش :(Precipitation Model) شامل مجموعه اطلاعات مورد نياز براي تعيين بارش تاريخي يا طراحي است كه براي اتصال با مدل حوضه بكار مي‌رود. روشهاي محاسباتي بارش در اين مدل شامل: روش رگبار استاندارد پروژه و برآورد فراواني رگبار (USACE,1989)، روش وزني مجذور عكس فاصله(Inverse distance weighting)، روش وزني دلــخواه كاربر (User-specified gage weighting)، روشهاي تعيين سطوح تحت تاثير ايستگاهها مانند چندضلــعي‌هاي تيـــسن، روش تعـــيين هــيتوگـــراف بــارش (User-specified Hyetograph) و روش بارش سلولي (Grid-Based Precipitation) است كه روش اخير بصورت يك مدل توزيعي در روش Modclark استفاده مي‌شود.
شاخص‌هاي كنترل :(Control specifications) شامل تاريخ و زمان شروع و خاتمه بارش و همچنين گام زماني (Time nterval) براي محاسبات شبيه‌سازي است. شكل شماره 2 نحوه ارتباط عناصر حوضه دماوند، شامل زيرحوضه‌ها و بازه‌هاي رونديابي آبراهه‌ها را در مدل HMS نشان مي‌دهد.
مواد و روشها:
در اين تحقيق از روش شبيه سازي(Simulation) هيدرولوژيكي در تبديل رابطه بارش- رواناب در سطح زيرحوضه‌ها و نيز رونديابي آبراهه‌هاي اصلي به منظور استخراج هيدروگراف سيل خروجي حوضه استفاده شده كه مراحل متوالي تحقيق بشرح زير است:
- نقشه حوضه، با استفاده از نقشه‌هاي توپوگرافي 50000 :1 بر اساس بلندترين خط الرأس‌ها و خط تقسيم آب مشخص‌شد. سپس با توجه به محل ايستگاههاي هيدرومتري و بر اساس هدف مورد نظر حوضه به 7 زيرحوضه تقسيم گرديد(شكل شماره3). طول و شيب آبراهه‌هاي اصلي در هر زيرحوضه و حوضه اصلي و همچنين فاصله مركز ثقل و مساحت هر يك از زير حوضه‌ها و ساير پارامترهاي مورد نياز در همين قسمت با استفاده از نرم افزار الويس رقومي و تعيين گرديد)جدول شماره 1(
جدول شماره (1) خصوصيات فيزيكي زير حوزه هاي آبخيز (حوضه آبخيز دماوند)
|
زمان تأخير hr) )SCS |
طول آبراهه اصلي(كيلومتر) |
شيب(وزني) رودخانه(%) |
شيب حوضه(%) |
محيط (متر) |
مساحت (كيلومترمربع) |
زيرحوزه | |
|
حالتII | |||||||
|
35/2 |
82/16 |
5/10 |
1/47 |
3/48 |
97 |
زيرحوضه1 | |
|
4/3 |
25/12 |
3/5 |
7/26 |
4/32 |
46 |
زيرحوضه2 | |
|
84/6 |
23/36 |
1/5 |
3/19 |
97/82 |
253 |
زيرحوضه3 | |
|
06/3 |
25/19 |
2/8 |
93/36 |
7/47 |
96 |
زيرحوضه4 | |
|
74/2 |
8/14 |
7/6 |
12/35 |
42 |
70 |
زيرحوضه5 | |
|
3/4 |
93/24 |
7/6 |
14/12 |
2/66 |
112 |
زيرحوضه6 | |
|
57/2 |
38/16 |
6 |
7/12 |
46/63 |
84 |
زيرحوضه7 | |
|
4/8 |
33/49 |
2/5 |
06/25 |
100 |
758 |
كل حوضه | |
- نــقشه مــدل ارتفاع رقومي حوضه(Digital Elevation Model) DEM با استفاده از منحني‌هاي تراز رقومي شده در محيطILWIS ساخته شد. اندازه سلول DEM برابر 60 متر انتخاب گرديد كه براي ساير نقشه‌هاي سلولي نيز همين مقياس تفكيك منظور شد)شكل4).
- نقشه كاربري اراضي )نقشه پوشش گياهي) با اســتفاده از نقشه تهيه شده از داده‌هاي ماهواره‌اي ((Landsat TM سال 1988 و بر اساس اهداف مورد نظر، تهيه گرديد(شكل5)
- نقشه CN ، با تلفيق دو نقشه گروههاي هيدرولوژيكي خاك (شكل شماره6) و كاربري اراضي براي كل حوضه تهيه شد)شكل شماره 7) سپس اين نقشه با استفاده از نقشه رستري زير حوضه‌ها به 7 زيرحوضه تقسيم گرديد.
داده هاي بارش و سيلاب: در حوضه مورد مطالعه مجموعاً 4 ايستگاه هيدرومتري موجود است.سه ايستگاه در زيرحوضه‌هاي تارفاضي رودهن و بومهن به ترتيب بر روي رودخانه‌هاي دماوند، آه و سياهرود نصب شده‌اند و يك ايستگاه در خروجي حوضه و در محل ماملو قرار گرفته است (هيچيك از ايستگاهها ثبات نميباشد). از طريق بايگاني سازمان آب منطقه‌اي تهران، آنچه داده ثبت شده در ارتباط با سيلهاي حادث شده موجود بود جمع آوري گرديد. پس از شناسايي روزهاي سيلابي در حوضه مورد مطالعه، نسبت به تهيه و جمع‌آوري رگبارهاي مربوط به اين سيلابها اقدام شد
توزيع مكاني و زماني رگبار در سطح حوضه: با استفاده از بارش روزانه ايستگاههاي درون و بيرون حوضه و روش درون يابي براي توليد منحني هاي همباران ، نقشه همباران براي رگبارهاي مورد نظر در قالب نقشه راستري با سلول 60 متري تهيه و سپس براي هر يك از زيرحوضه ها بارش متوسط براي هر رگبار محاسبه شد. براي محاسبه هيدروگراف هر يك از زيرحوضه ها، بارش روزانه آنها با استفاده از داده هاي ساعتي ايستگاه سينوپتيك آبعلي تجزيه گرديد. توزيع زماني هر رگبار نيز با استفاده از الگوي زماني بارش(رضئي1379) در ايستگاه سينوپتيك آبعلي بدست آمد.
واسنجي مدل در زير حوضه‌هاي رودخانه دماوند:
در مدل HMS نسخه 2,0,3 براي كاليبره كردن پارامترها نياز به تغيير دستي آنها نميباشد.مدل مي‌تواند بطور خودكار در هر يك از روشهاي مورد نظر در دامنه تعيين شده، پارامترها را تغيير دهد.اين تغيير تا زماني كه
شكل شماره 5 : نقشه كاربري اراضي حوضه آبخيز دماوند
در اين واسنجي چون هدف، بررسي دبي‌هايي بود كه ذوب برف در آنها دخيل نباشد لذا تعدادي از داده‌هاي مورد نظر حذف گرديد و سيلهاي مورد بررسي محدود به آن روزهايي گرديد كه سيل مورد نظر ناشي از باران باشد. پس از حذف داده‌هاي مشكوك و ناقص 3 رگبار براي واسنجي مدل در زيرحوضه هاي رودهن و تار قاضي انتخاب گرديد. از آنجا كه هيدروگراف هاي ثبت شده، مربوط به شرايط رطوبتي متفاوتي بودند امكان اعتباريابي مدل براي اين زيرحوضه ها ميسر نشد و فقط واسنجي مدل انجام شد. نتايج مرحله واسنجي در جدول شماره 2 براي پارامترهاي تلفات اوليه(Ia) و زمان تأخير(Tlag) مقايسه شده است.
جدول شماره 2 : مقايسه پارامترهاي محاسباتي و كاليبره روش (SCS)در حوضه آبخيز دماوند
|
Tlag(دقيقه) |
Ia(ميليمتر) |
CN محاسباتي |
شرايط رطوبتي |
تاريخ سيلاب |
زيرحوضه | ||
|
كاليبره |
محاسباتي |
كاليبره |
محاسباتي | ||||
|
98 152 |
94 141 |
13 13 |
4/4 12 |
92 81 |
III II |
16/8/73 2/9/73 |
1(تارقاضي) |
|
270 112 |
264 111 |
12 13 |
8/29 4/4 |
63 91 |
I III |
10/8/72 16/8/73 |
5(رودهن) |
با توجه به جدول شماره 2 ملاحظه مي‌شود كه در دو زير حوضه شماره 1)تار قاضي( و 5)رودهن) در هر سه حالت رطوبت پيشين حوضه پارامترهاي كاليبره شده Tlagنزديك به پارامترهاي محاسباتي مي‌باشد و پارامتر Ia محاسباتي و كاليبره فقط در شرايط هيدرولوژيكي II تقريباً يكسان است. بنابراين پارامترهاي محاسباتي ساير زير حوضه‌ها را كه فاقد ايستگاه هيدرومتري هستند، براي ادامه كار با بارش‌هاي طراحي و براي شرايط هيدرولوژيكي II ميتوان قابل قبول دانست. بايد اين نكته را اضافه نمود كه روش تعيين شدت سيل خيزي در اين تحقيق نياز مبرم به كاليبره كردن مدل ندارد با توجه به اينكه كليه لايه‌هاي اطلاعاتي مورد نياز نيز به صورت رقومي تهيه گرديده است بنابراين محاسبات انجام شده دقت لازم را دارند گذشته از اين، هدف اصلي از اين تحقيق اولويت بندي زيرحوضه از نظر پتانسيل توليد سيل در مقايسه با يكديگر است و لذا در شرايط موجود، زيرحوضه‌ها نسبت به هم مقايسه مي‌شوند. به اين ترتيب CN برآورد شده براي زيرحوضه‌هاي منطقه دماوند بشرح جدول شماره 3 تعيين مي‌شود كه با CN پيشنهادي طرح جامع آبخيزداري دماوند )آب و خاك جهاد 1370( و حوضه‌هاي مجاور(نساجي،1378) نيز تطابق نزديكي دارد. جدول 5نشان مي‌دهد كه زيرحوضه‌هاي 1، 3، 4، 5 و 6 از جهت نفوذ تقريباً شرايط مشابهي دارند و زيرخوضه‌هاي 2 و 7 به ترتيب كمترين و بيشترين مقدار CNرا بخود اختصاص داده‌اند.
جدول شماره 3 : مقادير شماره منحني ( CN )زير حوضه‌هاي منطقه مطالعاتي دماوند
|
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
زيرحوضه شرايط رطوبتي |
|
94 86 71 |
90 78 62 |
91 80 63 |
91 80 63 |
90 78 62 |
86 72 53 |
92 82 64 |
III II I |
- اجراي مدل : با استفاده از روابط ارايه شده توسط سازمان هواشناسي كشور براي ايستگاه سينوپتيك آبعلي، بارندگي 12ساعته(تقريبا معادل زمان تمركز حوضه) با دوره برگشت 50 ساله برآورد گرديد. همچنين براي رونديابي رودخانه‌ها از روش شناخته شده و مشهور ماسكينگام بلحاظ سهولت عمل و نياز به حد اقل داده ها و همچنين كاربرد وسيع و جهاني آن (1994 ,Suwanwerakamtorn. Olivera&Maidment 1997,. موسوي 1368 ) استفاده شد. دو عامل مورد نياز براي رونديابي با اين روش شامل K و X مي‌باشد. K بعد زمان داشته و معادل زمان انتقال موج سيل از ابتدا تا انتهاي بازه رونديابي است. X يك ضريب بدون بعد بوده و مشخص كننده تأثير نسبي دبي‌هاي ورودي و خروجي در ميزان انبارش است. مقدارX براي انواع رودخانه‌ها از 0 تا 5/0 تغيير مي‌كند و در صورت عدم امكان كاليبراسيون معمولاً معادل2/0 فرض مي‌شود.اين مقدار براي رودخانه‌هاي مورد مطالعه برابر2/0 در نظر گرفته شد. مقادير K در هر يك از بازه‌ها، از تقسيم طول بازه بر سرعت متوسط جريان در آن بازه بدست آمد. با توجه به آمار و ارقام موجود در برگه‌هاي سيلاب سازمان آب منطقه‌اي تهران و شباهت هيدروليكي بازه‌ها، سرعت آب براي بازه‌ها معادل 5/1متر بر ثانيه در نظر گرفته شد.
- بــارش طــراحي 12 ســاعته بــا دوره‌برگشت 50 ساله و خصوصيات فيزيكي زيرحوضه‌ها از قبيل مساحت ،CN ، تلفات اوليه، زمان تأخير و پارامترهاي مورد نياز براي رونديابي رودخانه به روش ماسكينگام (X و (K در قسمت مربوطه وارد مدل شد و مدل مذكور با روش SCSاجرا گرديد) بازاي تعيين شدت سيلخيزي متناظر با شرايط رطوبتي II، براي كليه زير حوضه‌ها حالت II در نظر گرفته شد).
- شناسايي و اولويت بندي مناطق سيل خيز (زيرحوضه‌ها) در سطح حوضه:
با استفاده از داده‌هاي فوق و اجراي مدل HMS دبي زيرحوضه‌ها و كل حوضه محاسبه گرديد)ستون3جدول 4 ( . در اين حالت دبي خروجي حوضه با مشاركت كليه زير حوضه‌ها محاسبه شد كه مقدار آن برابر 9/371 متر مكعب بر ثانيه بدست آمد.
اكنون براي شناسايي مناطق سيل خيز يا بعبارت ديگر تعيين سهم مشاركت هر يك از زير حوضه‌ها در دبي خروجي حوضه، در هر بار اجراي مدل، هيدروگراف يكي از زيرحوضه‌ها از رونديابي حوضه حذف و دبي خروجي بدون در نظرگرفتن آن زيرحوضه شبيه سازي شد. بطور مثال در اولين اجرا، دبي خروجي حوضه‌بدون مشاركت زير حوضه شماره 1 مقدار 8/316 متر مكعب در ثانيه بدست آمد. يعني سهم مشاركت زير حوضه 1 در دبي خروجي حوضه 1/55 متر مكعب برثانيه بوده است. در مرحله بعد مجدداً زير حوضه شماره 1 در اجراي مدل مشاركت داده شد و زيرحوضه شماره 2 از رونديابي حذف گرديد. با حذف زيرحوضه شماره 2 مقدار دبي خروجي حوضه، 363 متر مكعب در ثانيه محاسبه گرديد. براي ساير زيرحوضه‌ها نيز در هر بار اجراي مدل به تفكيك اثر هر يك از زيرحوضه‌ها را از رونديابي داخل حوضه حذف و مقدار دبي خروجي حوضه بدون مشاركت زيرحوضه مربوطه محاسبه گرديد )ستون 4 جدول4(. بدين طريق پس از اتمام رونديابي زيــرحــوضه‌ها ميزان تاثير هر يك از زيرحوضه‌ها در كاهش دبي خروجي حوضه بدست آمد)ستون‌هاي 5 و 6 جدول 4). با استفاده از مقادير بدست آمده در ستون 6 بصورت كمي ميتوان نقش زيرحوضه‌ها را در سيل خروجي حوضه برآورد نمود، لذا اولويت‌بندي زيرحوضه‌ها از اين ديدگاه انجام شد) ستون 7 جدول4)
6-بحث و نتايج:
با اجراي مدل HMS مقدار دبي هر يك از زيرحوضه‌ها با توجه به پارامترهاي تعيين شده محاسبه گرديد. همانطور كه در شكل شماره( 8) نشان داده شده است، زيــرحوضه شماره 3 با توليد دبي اوج 3/112 متر مكعب بر ثانيه بيشترين و زيرحوضه شماره 2 با دبي اوج 6/19 متر مكعب بر ثانيه كمترين مقدار را به خود اختصاص داده‌اند. اگر چه از لحاظ وسعت اولي بيشترين و دومي كمترين مقدار را داشته‌اند اما اين موضوع در ساير زيرحوضه‌ها مصداق ندارد بطوريكه زيرحوضه شماره 6 كه از نظر مساحت در اولويت دوم قرار دارد، از نظر مقدار دبي در رديف پنجم قرار گرفته است. از آنجا كه بارش براي تمام زيرحوضه‌ها يكسان در نظر گرفته شده است، تفاوت مقدار دبي لزوماً نمي‌تواند تنها تحت تأثير مساحت قرار داشته باشد و ساير خصوصيات فيزيكي زير حوضه‌ها در اين امر دخالت دارند. از طرف ديگر مطالعاتي كه تاكنون به منظور اولويت بندي سيل خيزي زيرحوضه ها انجام شده است، موضوع اولويت بندي در همين مرحله از كار پايان يافته تلقي شده است. يعني اولويت بندي بر اساس مقدار دبي زيرحوضه بدون رونديابي هيدروگراف سيل از محل زيرحوضه تا خروجي كل حوضه انجام شده است ، بدين ترتيب ميزان مشاركت زيرحوضه ها در سيل خروجي كل حوضه مشخص نشده است. بنابراين زيرحوضه اي كه دبي بيشتري داشته است، اولويت اول را به خود اختصاص داده است.
در شكل شماره (9) اولويت بندي، پس از رونديابي هيدروگراف زيرحوضه ها در آبراهه هاي اصلي و بر اساس ميزان مشاركت هر يك از زيرحوضه‌ها در سيل خروجي حوضه نشان داده شده است. زماني كه ميزان تأثير دبي زيرحوضه‌ها پس از رونديابي، در دبي اوج خروجي كل حوضه مد نظر قرار مي‌گيرد، نسبت تأثير آنها تنها به بزرگي و كوچكي دبي زيرحوضه بستگي ندارد. بلكه اثر متقابل عوامل مؤثر ) از جمله موقعيت مكاني زيرحوضه ها) مي‌تواند تعيين كننده باشد. لذا تأثير هيدرولوژيكي زيرحوضه‌ها در خروجي كل حوضه رفتار غير خطي بروز مي‌دهد، بنحوي كه زيرحوضه‌هايي كه لزوماً مساحت بزرگتر يا دبي بالاتري داشته اند در سيل خروجي حوضه تأثير بيشتري ندارند. بطور مثال زيرحوضه شماره 7 كه از لحاظ مــــقدار دبـــي اوج در رديف دوم قرار دارد، از نظر مشاركت در سيل خروجي حوضه در رديف ششم قرار مي‌گيرد. با وجود آن كه زيرحوضه 7 كمترين فاصله را نسبت به خروجي كل حوضه دارد و از نظر موقعيت مكاني در كوتاهترين زمان در خروجي كل حوضه مشاركت مي‌نمايد، ليكن به علت عدم همزماني دبي اوج با ساير زيرحوضه‌ها، مشاركت نهايي آن در دبي اوج كل حوضه قابل توجه نيست. اين امر نشان دهنده اثرات متقابل عوامل روتديابي سيل درآبراهه، موقعيت مكاني و خصوصيات زيرحوضه‌ها در تعيين سهم مشاركت در دبي اوج كل‌حوضه مي‌باشد كه فقط از طريق رونديابي هيدروگراف سيل زيرحوضه ها در آبراهه هاي اصلي مشخص مي شود.
نتيجه گيري:
روش‌هايي كه تاكنون براي شناسايي، تفكيك و اولويت بندي مناطق سيل خيز بكارگرفته شده‌اند، يا كل حوضه آبخيز را بصورت يك پارچه (Lumped) در نظر گرفته‌اند و يا حتي اين مطالعات بصورت منطقه اي و بدون در نظرگرفتن مرزهاي فيزيكي حوضه ها و يا زيرحوضه ها انجام شده است (Islam & Sado,2000)) ، عبدي و رسولي (1380) و جلالي (1368)) كه به دليل وسعت و گستردگي حوضه‌هاي آبخيز براي راه‌حل‌هاي اجرايي همواره با مشكل مواجه هستند و يا در موارد نادري كه اين موضوع در سطح زيرحوضه‌ها مورد بررسي قرار گرفته است، معمولاً رفتار هيدرولوژيكي زيرحوضه‌ها خطي فرض شده و دبي زيرحوضه‌ها بدون در نظر گرفتن اثرات كاهشي هيدروگراف )دررونديابي رودخانه) و همزماني رسيدن آن به خروجي حوضه مد نظر بوده است لذا اولويت بندي صرفا بر اساس دبي زيرحوضه ها انجام شده است . از جمله ميتوان به مطالعه قائمي و همكاران(1375)، نصرتي (1379) ، و بسياري از طرحهاي مطالعات منابع طبيعي تجديد شونده سازمان جنگلها و مراتع كشور( 1378) اشاره كرد. محاسبات حاصل از اجراي مدل با روش پيشنهادي نشان داد كه نحوه مشاركت زيرحوضه‌ها در سيل خروجي لزوماً متناسب با دبي اوج زيرحوضه‌ها نبوده و زيرحوضه‌هايي كه دبي بيشتري دارند، بيشترين تأثير را در سيل خروجي حوضه ندارند، زيرا عوامل رونديابي آبراهه‌ها و موقعيت مكاني زيرحوضه‌ها مي‌توانند باعث تغيير در نحوه مشاركت گردند. بنابراين براي هرگونه عمليات كنترل سيل و يا كاهش دبي اوج در خروجي حوضه بايد نحوه تأثير هر يك از زيرحوضه‌ها را پس از رونديابي آنها در آبراهه هاي اصلي تعيين كرد و سپس با توجه به سهمي كه در ايجاد سيل خروجي بعهده دارند، آنها را تفكيك و اولويت بندي كرد. در مواردي كه مساحت زيرحوضه‌ها اولويت‌بندي سيلخيزي را تحت تأثير قرار مي‌دهند ميتوان اين اولويت‌بندي را براي هر واحد سطح زيرحوضه انجام داد(شكل شماره10). شاخص تعيين شدت سيلخيزي به ازاي واحد سطح حوضه، در اولويت بندي طراحي عمليات كنترل سيل به ازاي امكانات موجود مي‌تواند متناسب با يك مساحت معين مد نظر قرار گيرد. در بخش‌هاي اجرايي نيز كه مسايل اقتصادي طرحها يكي از عوامل تعيين كننده است، ميزان كاهش سيل خروجي بازاي هر واحد سطح زيرحوضه اهميت بيشتري دارد. روش پيشنهادي براي هر حوضه آبخيز و در هر منطقه اقليمي قابل بررسي بوده و اجراي آن در قالب مطالعات كنترل سيل توصيه مي‌گردد.
بر گرفته از وبلاگ سیل وسیلخیزی
نویسنده وبلاگ وحید کاظمی کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری می باشد.این وبلاگ در زمینه های مهندسی منابع طبیعی- کشاورزی-سنجش از دور و سایرعلوم مرتبط مطلب خواهد نوشت .لذا از بازدیدکنندگان گرامی دعوت می شود جهت غنی تر شدن این وبلاگ با نظرات ارزنده خودما را همراهی نمایند.گرفتن مطلب از این وبلاگ باذکر منبع مجاز است. با تشکر