بررسي اثر برخي عوامل فيزيكي مؤثر بر سيل خيزي زيرحوضه هاي آبخيز با استفاده از تحليل هيدروگراف خروجي حوضه
چكيده:
گرچه تاكنون مطالعات و تحقيقات متعددي جهت بررسي عوامل مؤثر بر سيلاب انجام گرفته است اما اين بررسي ها عمدتا با استفاده از برخي خصوصيات فيزيكي حوضه و عوامل اقليمي با فرض عملكرد يكپارچه حوضه صورت گرفته است. اينگونه روشها به فرض شناسايي عوامل مؤثر بر بروز سيلاب به دليل وسعت و گستردگي حوضه هاي آبخيز براي ارايه راه حلهاي اجرايي كه مسايل اقتصادي طرح نيز مد نظر قرار ميگيرد همواره با مشكل مواجه ميشوند . در موارد نادري كه اين عوامل در سطح زيرحوضه ها مورد بررسي قرار گرفته معمولا رفتار هيدرولوژيكي زيرحوضه ها خطي فرض شده و صرفا دبي هاي خروجي هر يك از زيرحوضه ها بدون اثرات رونديابي آبراهه اي و با فرض همزماني رسيدن دبي ها به خروجي حوضه ملاك عمل بوده است.در اين مقاله اثر عوامل فيزيكي مؤثر بر سيلاب(سيل خيزي)در سطح زيرحوضه ها پس از رونديابي در شبكه اصلي آبراهه ها در دبي خروجي حوضه مد نظر قرار مي گيرد . بدين منظور خصوصيات فيزيكي هريك از زيرحوضه ها در محيط سيستم اطلاعات جغرافيايي ( GIS ) تهيه وسپس هيتوگراف بارش و عوامل حوضه اي مورد نظر به مدل هيدرولوژيكي HMS جهت شبيه سازي بارش – رواناب با استفاده از روش SCS وارد گرديد. پس از اجراي مدل هيدروگراف هاي زيرحوضه ها و خروجي حوضه تعيين شد با استفاده از آناليز حساسيت برخي عوامل فيزيكي مانند شيب آبراهه، شيب زيرحوضه و شماره منحني ( CN ) به منظور استخراج پارامترهاي موثر در هريك از زيرحوضه ها در حد لزوم تغيير داده شد و اثر اين تغييرات در خروجي حوضه مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد كه رفتار هيدرولوژيكي زيرحوضه ها نسبت به خروجي غير خطي است و عوامل مؤثر بر سيل خيزي زيرحوضه ها از ديدگاه تاثير بر سيل خروجي حوضه و همچنين زيرحوضه بحراني با روش مورد استفاده نيز قابل شناسايي مي باشد. در مقام مقايسه عاملCN از جهات مختلف براي ارايه راه حلهاي اجرايي به منظور تخفيف سيل مهمترين عامل شناخته شد.
واژه هاي كليدي : سيل خيزي ؛ مدلHMS ؛ زيرحوضه؛ هيدروگراف؛ GIS
مقدمه
هر چند جوامع بشري سيل را به عنوان يك پديده طبيعي و واقعه اي اجتناب ناپذير پذيرفتهاند اما رويداد، اندازه و تكرار سيل ناشي از عوامل متعددي است كه بسته به شرايط اقليمي، طبيعي و جغرافيايي هر منطقه تغيير ميكند. بهمين دليل رابطه بين بارندگي و رواناب به طور محسوسي از حوضهاي به حوضه ديگر تفاوت ميكند و نه فقط هر حوضه بلكه هر زير حوضه شرايط و يژه اي دارد كه بايستي مستقلاً مورد بررسي قرار گيرد. بطور كلي دو دسته عوامل اقليمي و حوضهاي در ايجاد سيلابها نقش اساسي دارند. از مهمترين عوامل حوضه اي مي توان به كاربري اراضي ، پوشش گياهي ، مساحت، شيب و شبكه زهكشي اشاره نمود. درمديريت سيل برخي از اين عوامل قابل كنترل هستند كه در طرحهاي كنترل سيل بايد آنها را مد نظر قرار داد .بررسي منابع موجود نشان مي دهد كه تخريب پوشش گياهي(13)،كاربرينادرست اراضي(12) و توسعه سطوح غير قابل نفوذ درحوضه هاي آبخيز(17) احتمال سيلخيزي را در مناطق گوناگون افزايش داده است. سينگ معتقد است توليد رواناب در يك حوضه آبخيز به عوامل متعددي بستگي داردكه از جمله آنها ميتوان به خصوصيات حوضه آبخيز، ديناميك بارش، نفوذ و شرايط پيشينحوضه اشاره كرد(14).
سازمان حفاظت خاك امريكا (SCS) با استفاده از اطلاعات پوشش گياهي و خاك حوضه و تعيينگروههاي هيدرولوژيكي خاك اقدام به تهيه شماره منحنيهاي بدون بعد (CN) نموده است كهاز طريق آن تلفات اوليه حوضه بدست ميآيد. سادگي استفاده از فرمول و نياز به حداقلاطلاعات موجب شده كه روش SCS كاربرد جهاني پيدا كند بطوري كه از حدود 5 دهه پيشتاكنون در اكثر طرحهاي هيدرولوژي بكار گرفته شده است .ليكن هاوكينز معتقد استتغييرات ناگهاني در شماره منحني با تغيير شرايط رطوبت پيشين و به دنبال آن تغيير ناگهاني درارتفاع رواناب همراه است(11). گذشته از آن استفاده از ميزان بارندگي 5 روز قبل مبناي فيزيكينداشته بلكه مبناي قضاوتي دارد. وي در اين مورد رابطهاي براي اصلاح شماره منحني نيز ارائه كرده است . در طول يك رگبار خاص ممكن است مكانيسمهاي مختلفي باعث توليد رواناب آنهم از قسمتهايمختلف حوضه شوند. بطور معمول مكانيسم توليدرواناب، ناشي از بارندگيهايي است كه يا روي خاكهاي با نفوذپذيري كم و يا خاكهاي اشباع ناشياز بالا آمدن سطح ايستابي، صورت ميگيرد. بنابراين تمام سطح حوضه آبخيز در توليد روانابنقش يكساني ندارند و به اين ترتيب نقش شرايط اوليه حوضه در پتانسيل توليد رواناب اهميت پيدا مي كند(10). در همين زمينه بعضي از محققين بـه بــحث مناطق مولد متغير رواناب اشاره كرده اند. اين مناطق، شامل اراضي مجاور و نزديك به آبراهه هاي دايمي و موقتي بعنوان منبع ايجاد جريان رواناب مي باشد. هيدرولوژیيست هاي جنگل به اين مناطق، اصطلاح سطوح جزئي رواناب نام نهاده اند(9) و(10). در رابطه با مساحت حوضه و ارتباط آن با مقدار رواناب توليد شده نيز تحقيقات زيادي انجام شده است پاره اي از تحقيقات فزوني مساحت را به افزايش حجم رواناب (2) و (4) و بعضي ديگر افزايش مساحت را به فزوني دبي ارتباط دادهاند (15).
سوانوراكامترن با استفاده از مدل هيدرولوژيكي HEC-1 و GIS اثرات تغيير كاربري اراضي بالادست حوضه را روي الگوي سيلاب در نواحي پايين دست حوضه مورد ارزيابي قرار داده است. هدف نامبرده توسعه و اصلاح مدل هيدرولوژيكي و سيستم GIS براي ارزيابي كمي تغييرات كاربري اراضي روي هيدروگراف سيل خروجي بود، حتي براي اثبات توانايي مدل در شبيهسازي هيدروگرافهاي سيل در گذشته و آينده با كاهش و افزايش سطح جنگلهاي حوضه نشان داد موقعي كه مساحت جنگل كاهش پيدا مي كند، رواناب حوضه و زير حوضهها بيشتر ميشود. به اين ترتيب تأثير تغييرات كاربري اراضي در بالادست حوضه، در تراز سيل پايين دست حوضه نشان داده شد(16).
مريد و قائمي )6( براي شبيه سازي بارندگي - رواناب در استان هرمزگان مدل HEC-1 را براي تعدادي از سيلهاي مهم حوضههاي آبخيز بكار گرفتهاند. بر اساس نتايج بدست آمده از مطالعات انجام شده، مدل HEC-1 به طور مطلوبي امكان تشابه سازي بارندگي - رواناب را دارد ولي در كاربرد آن بايد به اين نكته توجه شود كه در واسنجي پارامترها، از هيدروگرافهايي استفاده شود كه از شكل متعارف زنگولهاي برخوردار باشند.
وهابي (8 ) به منظور مقايسه روش SCS و موج سينماتيك در برآورد دبي اوج هيدروگرافسيل در حوضه آبخيز طالقان از مدل HEC-1 استفاده استفاده كرده است. نتايج بدست آمده از كاربرد روشهاي SCS و موج سينماتيك در مدل نشان داد كه روش SCS با خطاي نسبي كمتر از 11± درصد، دبيهاي اوج رويدادهاي موردنظر را در حوضه طالقان بهتر از روش موج سينماتيك برآورد ميكند.
بر پايه تقسيم بندي عوامل موثر بر هيدروگراف سيل دو دسته مشخص از اين عوامل تفكيكپذيرهستند: دسته اول شامل عواملي است كه تاثير
