دانلود مقاله اولویت بندی زمانی و مکانی سیل خیزی زیرحوزه های آبخیز کوشک آباد خراسان رضوی با استفاده از مدل HEC-HMS

کشور ایران به لحاظ موقعیت خاص جغرافیایی، در اکثر مناطق، از اقلیمی خشک و نیمه خشک برخوردار بوده که همه ساله با وقوع سیلابهای فصلی با خسارتهای جبران¬ناپذیری مواجه است.

تحقیق حاضر به مکان¬یابی زیرحوز¬های موثر بر دبی اوج و حجم سیل، و اولویت¬بندی زمانی و مکانی سیل¬خیزی زیرحوزه¬های آبخیز کوشک¬آباد خراسان رضوی با استفاده از مدل HEC-HMS، پرداخته است.

در این تحقیق پس از تعیین دوره¬های هیدرولوژیکی و تهیه اطلاعات مورد نیاز برای تهیه هیدروگراف سیل، از روش شبیه¬سازی هیدرولوژیکی SCS در تبدیل رابطه بارش-رواناب در سطح زیرحوزه¬ها استفاده شد.

به منظور استخراج هیدروگراف سیل خروجی حوزه از روندیابی آبراهه¬های اصلی به روش ماسکینگام استفاده گردید.

اولویت¬بندی زیرحوز¬ه¬ها از نظر سیل¬خیزی با کاربرد مدل HEC-HMS محاسبه شده و واسنجی لازم برای پارامترهایی چون تلفات اولیه، شماره منحنی و زمان تاخیر در هر دوره هیدرولوژیکی صورت گرفت.

سپس با حذف متوالی و یک به یک زیرحوزه¬ها از فرایند روندیابی داخل حوزه، زیرحوزه¬ها بر اساس میزان مشارکت در دبی اوج و حجم سیل خروجی حوزه در هر دوره هیدرولوژیکی، اولویت¬بندی گردیدند.

نتایج تحقیق نشان داد از محل خروجی حوزه به طرف بالادست و بخش¬های میانی حوزه، تاثیر زیرحوزه¬ها در دبی اوج سیل و حجم سیل خروجی کل حوزه افزایش می¬یابد.

همچنین میزان مشارکت زیرحوزه¬ها در سیل خروجی حوزه و حتی بزرگی و کوچکی دبی و حجم سیل زیرحوزه¬ها، به مساحت آنها بستگی ندارد.

به این ترتیب، ارتباط بین سیل و مشارکت سیل زیرحوزه¬ها با مساحت آنها غیر خطی است.

مقایسه اولویت¬بندی پتانسیل تولید سیل در دوره¬های هیدرولوژیکی متفاوت نیز از نظر آماری دارای اختلاف معنی¬داری می¬باشد.

لذا با تمرکز عملیات آبخیزداری و کنترل سیلاب بر اساس اولویت¬ها و مناطق تعیین شده در دوره¬های هیدرولوژیکی متفاوت، ضمن دسترسی به اهداف تحقیق، در هزینه¬های اجرائی، کاهش قابل توجهی پیش¬بینی می¬گردد.
واژگان کلیدی: سیل¬خیزی, اولویت¬بندی زمانی و مکانی, مدل HEC-HMS، کوشک¬آباد خراسان رضوی.

مقدمه
سیل یک اتفاق ناگهانی و رویدادی سریع و مخرب است که در مدیریت حوزه¬های آبخیز، تعیین شدت سیل¬خیزی زیرحوزه¬ها و مقایسه¬هایی که از این بابت در تعیین اولویت¬بندیها و سیاست-گذاریهای لازم برای مهار سیل انجام می¬گیرد، از اهمیت بالایی برخوردار است (مرید و همکاران، 1375).

اکثر حوزه¬های آبخیز معمولا دارای فصول سیل¬خیزی متفاوتی هستند (Chunhong و Ying، 2004).

در بین عوامل موثر بر سیل¬خیزی، مهمترین عامل، شماره منحنی (CN) می-باشد (جوکار، 1381).

عامل CNدارای تغییرات زمانی بوده (Young وCarleton، 2005) که با تغییر در فرآیند¬های هیدرولوژیکی، اثرات مهمی روی کمیت و کیفیت رواناب خروجی از حوزه دارد.

بر این اساس با بکارگیری مدلی نظیر HEC-HMS، امکان بررسی تغییرات زمانی و مکانی وقوع سیلاب در حوزه¬های آبخیز ممکن می¬گردد (Akan وHoughtalen، 2003).
بررسی¬های انجام شده نشان می¬دهد موضوعات مرتبط با این تحقیق عمدتا در زمینه تاثیر تغییرات کاربری اراضی بر روی بروز سیلاب، تعیین مناطق سیل¬خیز بر پایه روشهای نموداری و فرمولهای تجربی، تحلیل آماری داده¬های سیلاب، داده¬های دورسنجی و سامانه اطلاعات جغرافیایی و مدل¬های رایانه¬ای بارش–رواناب بوده و بیشتر از دیدگاه تولید سیل در سطح حوزه-های آبخیز یکپارچه مطرح شده است.

Singh (1996) با بررسی تغییرات زمانی و مکانی بارش، تغییر رفتار حوزه روی هیدروگراف سیل را از نظر شکل، تداوم و دبی پیک هیدروگراف سیل بررسی کرد.

Vanshaar و همکاران (2002) از مدل DHSVM برای شبیه¬سازی اثرات هیدرولوژیکی پوشش زمین برای 4 زیرحوزه رودخانه کلمبیا استفاده کرده و بیان می¬دارند که شاخص سطح برگی کم، آب معادل برف و جریان بیشتر را به دنبال دارد.

Melesse و Shih (2002) برای تخمین توزیع مکانی ارتفاع رواناب، از تصاویر ماهواره¬ای برای تعیین تغییرات کاربری اراضی و CN حوزه Kissimmee در جنوب فلوریدا استفاده کردند.

نتایج نشان داد که با تغییر کاربری و به تبع آن تغییرات سیل، استفاده از تصاویر ماهواره¬ای برای مطالعه عکس العمل حوزه نسبت به سیل مفید است.

Foody و همکاران (2004) به منظور شناسایی مناطق حساس به تند سیل¬ها در منطقه¬ای در غرب مصر از مدل HEC-HMS به منظور شبیه¬سازی سیلاب استفاده کردند؛ که منجر به شناسایی 2 منقطه حساس گردید.

Hassanzadeh و Aalami (2005) با استفاده از مدل HEC-HMS درحوزه آبخیز سد گلستان مبادرت به تعیین سیل¬خیزی زیرحوزه¬ها پرداختند.

مردانی (1377)، خسروشاهی (1380) و جوکار (1381) تاثیر سیل¬خیزی زیرحوزه¬ها را از طریق مدل ریاضی HEC-HMS مورد بررسی قرار دادند و با استفاده از شبیه¬سازی جریانهای سیلابی، میزان مشارکت هر یک از زیرحوزه¬ها را در هیدروگراف سیل خروجی حوزه مورد بررسی خود بدست آوردند.

روغنی و همکاران (1382) با استفاده از مفهوم نمودار مساحت–زمان و بکارگیری مشخصات حوزه، در مدل هیدرولوژیکی RAFTS، نحوه توزیع مکانی زیرحوزه¬ها در سطح منطقه را مورد بررسی قرار دادند.

یثربی (1384) با نصب اشل در خروجی زیرحوزه¬های آبخیز هراز و با قرائت روزانه آنها و تهیه منحنی دبی-اشل, اقدام به محاسبه دبی روزانه و شناسایی تغییرات زمانی-مکانی و اولویت¬بندی زیرحوزه¬ها در رواناب تولیدی نمود.
حوزه آبخیز کوشک¬آباد در استان خراسان رضوی از جمله حوزه¬های آبخیزی است که بروز مکرر سیلاب¬، مسئولان محلی را به انجام اقدامات کنترل سیل وادار نموده است؛ حال آنکه موفقیت کامل در این راستا به دلیل عدم اطلاع از وضعیت مشارکت زمانی و مکانی زیرحوزه¬ها در بروز سیلاب با موفقیت کامل همراه نبوده است.

لذا هدف از انجام این تحقیق، تعیین مناطق خطرساز و سیل¬خیز در داخل حوزه ‌و اولویت¬بندی شدت سیل¬خیزی زیرحوزه¬ها در دو فصل سیلابی، برای مدیریت بهینه آنها می¬باشد.

مواد و روش¬ها
حوزه آبخیز کوشک¬آباد در استان خراسان رضوی در شمال غرب مشهد و در طول جغرافیایی 30 º59 تا 38 º59 شرقی و در عرض جغرافیایی 38 º36 تا 47 º36 شمالی واقع شده است (شکل1).

ارتفاع متوسط حوزه 1705 متر، شیب متوسط آن بالای 25 درصد بوده و دارای اقلیم خشک تحت تاثیر توده هوای سیبری می¬باشد.

مساحت حوزه 45/87 کیلومترمربع بوده که به 10 زیرحوزه تقسیم شده است.

میانگین نزولات سالانه این حوزه 3/391 میلی¬متر است.

ارتفاع متوسط حوزه 1705 متر، شیب متوسط آن بالای 25 درصد بوده و دارای اقلیم خشک تحت تاثیر توده هوای سیبری میباشد.

میانگین نزولات سالانه این حوزه 3/391 میلیمتر است.

شکل1 سیمای کلی منطقه مورد مطالعه در استان خراسان رضوی و ایران روش کار مدل HEC-HMS برای شبیهسازی بارش-رواناب، حوزه آبخیز را با مولفههای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی نمایش میدهد.

به این ترتیب، بررسی منابع، تعیین حوزه و زیرحوزهها، جمعآوری دادهها، تعیین دورههای هیدرولوژیکی، تهیه نقشهها و رقومی کردن آنها، بازدید از منطقه مورد مطالعه و کنترل نقشهها با طبیعت ضروری است.

با تلفیق اطلاعات بدست آمده، مدل هیدرولوژیکی اجرا میگردد.

پس از شبیهسازی فرآیندهای بارش-رواناب، اولویتبندی زیرحوزهها با حذف متوالی آنها از فرایند روندیابی داخل حوزه برای تعیین میزان مشارکت آنها در دبی اوج و حجم سیل خروجی حوزه در هر دوره هیدرولوژیکی، و در نهایت تحلیلهای مکانی و زمانی سیلخیزی صورت میگیرد.

استخراج مشخصات فیزیکی زیرحوزهها و تعیین دورههای هیدرولوژیکی حوزه به منظور فراهم نمودن دادههای لازم برای انجام این تحقیق، با استفاده از نرمافزار Arcview و Ilwis، کلیه مشخصات و نقشههای مورد نیاز شامل مدل رقومی ارتفاع، نقشه شیب حوزه و تعیین شیب آبراهههای اصلی زیرحوزهها استخراج گردید.

برای تعیین دورههای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز مورد مطالعه، ترسیم و تحلیل منحنیهای تغییرات دما-بارش (آمبروترمیک) و بارش- دبی در ماههای مختلف سال صورت گرفت.

مقدار متوسط بارش و دما در ماههای مختلف سال، پس از تعیین سالهای آماری مشترک، بررسی همگنی و بازسازی دادههای ناقص ایستگاههای درون و بیرون حوزه، با ترسیم خطوط همباران و همدما با استفاده از نرمافزار Arcview بدست آمد.

تحلیل دادههای بارش- رواناب به منظور مدلسازی حوزه مورد مطالعه از طریق بکارگیری مدل ریاضی، استفاده از دادههای همزمان بارش-رواناب برای واسنجی مدل ضروری است.

به این ترتیب، اقدام به جمعآوری دبی حداکثر لحظهای رویدادهای سیلابی موجود در ایستگاه هیدرومتری کوشکآباد و مقدار بارندگی ساعتی و روزانه ایستگاههای بارانسنجی درون و بیرون حوزه گردید.

از میان 10 واقعه سیلابی مناسب برای انجام واسنجی و ارزیابی مدل، تنها یک واقعه سیلابی برای دوره زمستانه وجود داشت که برای واسنجی مدل در این دوره کافی نمیباشد.

5 و 1 واقعه سیلابی بهاره به ترتیب، برای انجام واسنجی و اعتبارسنجی مدل بکار گرفته شد؛ و 3 واقعه سیلابی تابستان-پاییزه نیز، برای واسنجی مدل در دوره هیدرولوژیکی مزبور مورد استفاده قرار گرفت.

اگر چه تعداد وقایع مزبور برای واسنجی مدل کافی نمیباشد، لیکن حداقل شرایط لازم را برای انجام این مهم فراهم میآورند.

به این ترتیب، اجرای مدل تنها برای دورههای هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه صورت گرفت.

تحلیل توزیع مکانی رگبارها در نرم افزار Arcveiw با استفاده از روش میانیابی عکس مجذور فاصله (IDW) صورت گرفت.

به این ترتیب، منحنیهای همرگبار برای رویدادهای سیلابی ایستگاه هیدرومتری کوشکآباد رسم گردید.

توزیع زمانی رگبارها با استفاده از دادههای ایستگاه ثبات گوش (تنها ایستگاه ثبات درون حوزه)، به طریق محاسبه درصد نزول بارش در فواصل زمانی یک ساعته تهیه شد.

پس از محاسبه توزیع زمانی بارش در هر یک از زیرحوزهها، هایتوگرافهای متعددی تهیه گردید؛ که این هایتوگرافها مبنای محاسبه سیل زیرحوزهها قرار گرفت.

منحنیهای شدت-مدت-فراوانی در دو دوره هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه برای حوزه آبخیز کوشکآباد نیز، برای استخراج مقدار بارندگی در زمان تمرکز حوزه (هایتوگرافهای بارش) در دوره بازگشتهای مختلف، به روش قهرمان محاسبه شد.

فرمول قهرمان به صورت رابطه 1 و 2 بیان میشود (سهیلی 1382): رابطه1: رابطه2: که در آن: : بارندگی یک ساعته با دوره بازگشت 10 ساله بر حسب میلیمتر، : میانگین بارندگی 24 ساعته (در دوره هیدرولوژیکی) حوزه، : میانگین بارندگی سالانه (دوره هیدرولوژیکی) حوزه، : مقدار بارندگی در دوره بازگشت مورد نظر، : دوره بازگشت به سال، : مدت دوام بارندگی از زمان تمرکز حوزه بر حسب ساعت و : ضرایب ثابت معادله، برای شرایط آب و هوایی ایران میباشند.

استخراج پارامترهای ورودی و شبیهسازی بارش-رواناب با به کارگیری مدل HEC-HMS با تلفیق نقشه رستری تهیه شده از گروههای هیدرولوژیکی خاک و کاربری اراضی، در هر دوره هیدرولوژیکی، مقادیر متوسطCN برای زیرحوزههای کوشکآباد در شرایط رطوبتی واقعی حوزه (خشک I ) بدست آمد.

از مقادیر CN بدست آمده، مقادیر تلفات اولیه، زمان تاخیر و زمان تمرکز زیرحوزهها نیز به عنوان پارامترهای اساسی ورودی مدل HEC-HMS محاسبه شد.

ضرایب ماسکینگام نیز برای روندیابی سیل در مدل HEC-HMS با بررسیهای صحرایی استخراج شد.

پس از آماده شدن پارامترهای ورودی مدل HEC-HMS، مدل مزبور اجرا گردیده و واسنجی مدل نیز، در هر دوره هیدرولوژیکی با تلفیق روش دستی و خودکار و با فرض انتخاب بهترین پارامترها بر کم بودن درصد خطای پیک صورت گرفت.

تعیین شدت سیلخیزی برای شناسایی مناطق بحرانی، میتوان به بررسی تغییرات زمانی و مکانی رواناب و تعیین شدت سیلخیزی زیرحوزهها پرداخت.

به این ترتیب، مدل HEC-HMS برای دورههای هیدرولوژیکی مختلف با دوره بازگشتهای متفاوت اجرا گردید تا تاثیر دوره بازگشت در حجم سیل، دبی زیرحوزهها و نحوه مشارکت آنها در خروجی اصلی حوزه، چگونگی تاثیر بزرگی و کوچکی حجم سیل و دبی زیرحوزهها در سهم مشارکت حجم سیل و دبی آنها در خروجی اصلی حوزه، رابطه مساحت با سیل تولیدی خروجی حوزه؛ و تاثیر موقعیت مکانی زیرحوزهها در میزان مشارکت سیلخیزی زیرحوزهها در خروجی اصلی حوزه شناسایی شود.

آزمون آماری اولویتبندی زیرحوزهها در دورههای هیدرولوژیکی مختلف برای بیان معنیدار بودن و یا عدم معنیداری اختلافات زمانی در اولویتبندی زیرحوزهها، پس از اجرای مدل HEC-HMS برای تمامی رگبارهای موجود در دورههای هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه در دوره بازگشتهای 10, 20, 50 و 100 سال, به روش حذف متناوب زیرحوزهها, مقادیر سهم مشارکت سیل آنها در خروجی حوزه محاسبه و اولویتبندیها صورت گرفت.

برای داشتن شرایط یکسان از لحاظ الگوی بارش, جهت مقایسه, در دو دوره هیدرولوژیکی ارائه شده, در دو حالت, که برای بار اول با استفاده از الگوی بارش بهاره برای تمامی رگبارهای موجود در دو دوره هیدرولوژیکی مذکور, مدل اجرا گردیده و اولویتبندی صورت گرفت.

به این ترتیب در حالت دوم, به عکس حالت قبل از الگوی بارش تابستان-پاییزه برای تمامی رگبارها استفاده شد.

در حالی که پارامترها و عناصر زیرحوزهها و روندیابی در دو دوره هیدرولوژیکی متفاوت میباشد.

در دو حالت مذکور، مقایسه آماری به روش آزمون آماری تی-تست جفتی صورت گرفت.

نتایج در این مرحله از تحقیق نتایج مربوط به هر قسمت از روش کار به ترتیب انجام، ارائه شده است: جدول 1 مشخصات فیزیکی زیرحوزههای آبخیز کوشکآباد را بیان میکند.

منحنیهای دما-بارش و بارش-دبی حوزه مزبور، سه دوره هیدرولوژیکی بهاره، تابستان- پاییزه و زمستانه را نشان میدهند (شکلهای2 و 3).

جدول2 مقادیر رویدادهای دبی اوج سیل حوزه کوشکآباد را در دورههای هیدرولوژیکی مختلف نشان میدهد.

پارامترهای اساسی ورودی مدل HEC-HMS شامل شماره منحنی، تلفات اولیه، زمان تاخیر و زمان تمرکز زیرحوزها میباشد (جدولهای 3 و 4).

جدول 5 ضرایب ماسکینگام بکار گرفته شده را پس از بررسیهای صحرایی، برای روندیابی سیل نشان میدهد.

شکل 4 هیدروگراف مشاهدهای-محاسباتی مدل را بعد از واسنجی، به عنوان نمونه برای رویداد 24/02/70 در دوره هیدرولوژیکی بهاره نشان میدهد.

واسنجی مدل برای پارامترهای تلفات اولیه, CN و زمان تاخیر در هر دوره هیدرولوژیکی صورت گرفت.

جدول 6 مقادیر قبل و بعد از واسنجی CN را برای شرایط رطوبتی (I) در دورههای هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه نشان میدهد.

به منظور ارزیابی عملکرد مدل و تعیین میزان خطای آن نیز، در تخمین میزان رواناب خروجی حوزه، به دلیل نداشتن وقایع سیلابی مناسب و کافی، تنها رگبار تاریخ 28/02/70 اعتبارسنجی شد.

نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مقدار اختلاف در دبی اوج سیلاب 4365/3 درصد بوده است که با توجه به درصد پایین آن، نتایج قابل قبول میباشد.

به این ترتیب، مدل HEC-HMS با پارامترهای واسنجی شده و هایتوگرافهای بارش بدست آمده برای دورههای هیدرولوژیکی متفاوت با دوره بازگشتهای مختلف اجرا گردید.

سپس با حذف متوالی زیرحوزهها از فرایند روندیابی داخل حوزه، زیرحوزهها برای دورههای هیدرولوژیکی مختلف، بر اساس میزان مشارکت در دبی اوج و حجم سیل خروجی حوزه، اولویتبندی گردیدند (جدولهای 7 و8).

به عبارتی برای بررسی تعیین شدت سیلخیزی، اجرای مدل در دوره بازگشتهای مختلف برای تمامی وقایع سیلابی موجود در دورههای هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه صورت گرفت.

بر اساس مقدار حجم سیل و دبی زیرحوزهها و تاثیر آنها در حجم سیل و دبی خروجی کل حوزه، سهم مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل و دبی اوج خروجی حوزه، محاسبه و اولویتبندی صورت گرفت.

برای بیان تاثیر موقعیت مکانی زیرحوزهها در سیل خروجی کل حوزه, از بررسی موقعیت زیرحوزه از دیدگاه فاصله تا خروجی حوزه استفاده شد (شکل5).

شکلهای 6 و 7 به ترتیب، نمودار وضعیت دبی زیرحوزهها، حجم سیل زیرحوزهها، سهم مشارکت زیرحوزهها در دبی اوج خروجی حوزه و سهم مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل خروجی حوزه را در دوره بازگشتهای 10، 20، 50 و 100 سال برای دورههای هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه نشان میدهند.

برای بیان تغییرات زمانی سیلخیزی زیرحوزهها، پس از اولویتبندی سیلخیزی در دورههای هیدرولوژیکی مختلف، از آزمون آماری تی-تست جفتی استفاده شد.

جدولهای 9 تا 12 نتایج آزمون آماری تی-تست را برای مقایسه اولویتبندی زیرحوزهها در دو دوره هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه نشان میدهند.

جدول1 خصوصیات فیزیکی زیرحوزههای آبخیز(حوزه آبخیز کوشکآباد).

شکل 2 تغییرات بارش- دبی حوزه آبخیز کوشکآباد شکل3 تغییرات دما- بارش (منحنی آمبروترمیک) حوزه آبخیز کوشکآباد .

جدول 2 دبی اوج سیل در دورههای هیدرولوژیکی مختلف جدول3 مقادیرCN، تلفات اولیه، زمان تاخیر و زمان تمرکز برای کلیه وقایع سیلابی بهاره جدول4 مقادیرCN، تلفات اولیه، زمان تاخیر و زمان تمرکز برای کلیه وقایع سیلابی تابستان-پاییزه جدول 5 مقادیر ضرایب ماسکینگام برای 6 بازه اصلی ارتباطی زیرحوزههای آبخیز کوشکآباد شکل 4 هیدروگراف مشاهدهای و محاسباتی مدل بعد از واسنجی برای سیلاب 24/02/70 جدول 6 مقادیر CN زیرحوزهها قبل و بعد از واسنجی در شرایط رطوبتی I جدول 7 اولویتبندی زیرحوزهها در خروجی حوزه برای دوره هیدرولوژیکی بهاره جدول 8 اولویتبندی زیرحوزهها در خروجی حوزه برای دوره هیدرولوژیکی تابستان-پاییزه شکل 5 تاثیر موقعیت زیرحوزه بر دبی اوج خروجی حوزه (بارش 100 ساله مورخ 24/02/70) a) b) c) d) شکل 6 شدت سیلخیزی زیرحوزهها در دوره بازگشتهای 10، 20، 50 و 100 سال برای دوره هیدرولوژیکی بهاره: a): نمودار وضعیت دبی زیرحوزهها، b): نمودار وضعیت حجم سیل زیرحوزهها، c): نمودار وضعیت سهم مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل خروجی حوزه و d): نمودار وضعیت سهم مشارکت زیرحوزهها در دبی اوج خروجی حوزه.

a) b) c) d) شکل 7 شدت سیلخیزی زیرحوزهها در دوره بازگشتهای 10، 20، 50 و 100 سال برای دوره هیدرولوژیکی تابستان-پاییزه: a): نمودار وضعیت دبی زیرحوزهها، b): نمودار وضعیت حجم سیل زیرحوزهها، c): نمودار وضعیت سهم مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل خروجی حوزه و d): نمودار وضعیت سهم مشارکت زیرحوزهها در دبی اوج خروجی حوزه.

جدول 9 آنالیز تی-تست جفتی مشارکت زیرحوزهها در دبی اوج حوزه, با الگوی بارش بهاره سطح معنیداری 1 درصد و سطح معنیداری 5 درصد جدول 10 آنالیز تی-تست جفتی مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل حوزه, با الگوی بارش بهاره سطح معنیداری 1 درصد و سطح معنیداری 5 درصد جدول 11 تی-تست جفتی مشارکت زیرحوزهها در دبی اوج حوزه, با الگوی بارش تابستان-پاییزه سطح معنیداری 1 درصد و سطح معنیداری 5 درصد جدول 12 تی-تست جفتی مشارکت زیرحوزهها در حجم سیل حوزه, با الگوی تابستان-پاییزه سطح معنیداری 1 درصد و سطح معنیداری 5 درصد بحث و نتیجهگیری نتایج حاصله حاکی از آن است که اگرچه با افزایش دوره بازگشت، بر مقدار دبی خروجی و حجم سیل زیرحوزهها افزوده میشود (a , b شکلهای 6 و 7)؛ اما دوره بازگشتهای متفاوت تاثیر چندانی در نحوه مشارکت زیرحوزهها در سیل خروجی حوزه ندارند (c , d شکلهای6 و 7).

این مسئله با نتایج خسروشاهی (1380) مطابقت دارد.

اولویتبندی زیرحوزهها بر اساس دبی اوج و حجم سیل نیز نسبت به سهم مشارکت آنها در دبی اوج و حجم سیل زیرحوزهها در خروجی اصلی، تفاوتی نشان نمیدهد (a , b در مقایسه با c , d شکلهای 6 و 7).

همیشه مقدار حجم سیل و دبی زیرحوزهها با بزرگی و کوچکی مساحت آنها، دارای رابطه مستقیمی نمیباشد؛ بلکه سایر عوامل و خصوصیات فیزیکی زیرحوزهها در میزان تولید سیل دخالت دارند.

به عبارتی این موضوع نشان دهنده اثرات متقابل عوامل مساحت و خصوصیات فیزیکی زیرحوزهها در تعیین سیل تولیدی آنها میباشد.

به عنوان مثال در دوره هیدرولوژیکی بهاره، زیرحوزه شماره 2 در مقدار دبی اوج تولیدی خود (شکل6،a)، با مساحت 97/13 کیلومترمربع که بیشترین مقدار مساحت را به خود اختصاص داده است، بیشترین مقدار دبی را تولید کرده است؛ اما زیرحوزه شماره 7 با مساحت 96/9 کیلومترمربع که رتبه سوم را از نظر مساحت دارد، در مقدار دبی تولیدی، رتبه ششم را به خود اختصاص داده است.

این رابطه غیر مستقیم برای زیرحوزه شماره 7 نسبت به زیرحوزه شماره 2 در مقدار حجم سیل تولیدی نیز مشاهده میشود (شکل6،b).

چنین شرایطی را میتوان در نحوه مشارکت زیرحوزهها در سیل خروجی حوزه نیز دید.

به عنوان مثال، زیرحوزه شماره 2 (شکل6،d)، با مساحت 97/13 کیلومترمربع که بیشترین مقدار مساحت را به خود اختصاص داده است، بیشترین درصد مشارکت در دبی خروجی حوزه را دارد؛ اما زیرحوزه شماره 7 با مساحت 96/9 کیلومترمربع که رتبه سوم را از نظر مساحت دارد، در مقدار درصد مشارکت دبی خروجی حوزه رتبه ششم را به خود اختصاص داده است.

این موضوع میتواند به موقعیت مکانی آنها مرتبط باشد.

به این ترتیب که زیرحوزه شماره 7 در مقایسه با زیرحوزه شماره 2 به محل خروجی نزدیکتر است و به علت عدم همزمانی دبی اوج آن با سایر زیرحوزهها، مشارکت نهایی آن در دبی اوج کل حوزه نسبت به زیرحوزه شماره 2 کمتر میگردد.

این رابطه غیر مستقیم برای زیرحوزه شماره 7 نسبت به زیرحوزه شماره 2 در درصد مشارکت حجم سیل خروجی حوزه نیز مشاهده میشود (شکل6،c).

شرایط مزبور در دوره هیدرولوژیکی تابستان-پاییزه نیز صادق است (شکل7).

این مسئله با نتایج جوکار(1381) و Hasanzadeh و Aalami (2005) مطابقت دارد.

در ارتباط با تاثیر موقعیت مکانی زیرحوزهها، عموما" تصور بر آن است که زیرحوزههای نزدیک به خروجی، از مشارکت بالای سیل در خروجی حوزه برخوردار باشند.

اما بر خلاف تصور پس از بررسی حاصل از اولویتبندی زیرحوزهها که با یک بارش یکنواخت برای کلیه زیرحوزهها انجام شد.

مشاهده میشود که زیرحوزههای میانی و بالادست حوزه از میزان مشارکت بالایی در سیلخیزی خروجی حوزه برخوردار هستند (شکل5).

این مسئله با نتایج خسروشاهی (1380) و روغنی (1382) مطابقت دارد.

نتایج آزمون آماری تی-تست در اولویتبندی زیرحوزههای کوشکآباد, در دو دوره هیدرولوژیکی بهاره و تابستان-پاییزه با الگوی بارش بهاره, برای سهم مشارکت دبی اوج زیرحوزهها, بیانگر ارتباط این پارامترها در سطح معنیداری یک درصد برای زیرحوزههای 1 تا 7 و زیرحوزه 9 میباشد (جدول9).

همچنین برای سهم مشارکت حجم سیل زیرحوزهها بیانگر ارتباط معنیداری در سطح یک درصد برای زیرحوزههای 5 تا 7 و زیرحوزه 9 میباشد.

برای زیرحوزه 7 ارتباط معنیداری در سطح پنج درصد وجود دارد (جدول10).

در حالت دوم آزمون، با الگوی بارش تابستان-پاییزه, برای سهم مشارکت دبی اوج زیرحوزهها, بیانگر اختلاف معنیداری در سطح یک درصد برای زیرحوزههای 5 تا 7 و زیرحوزههای 9 و 10 میباشد.

اختلاف معنیداری در سطح پنج درصد برای زیرحوزههای 1 و 8 وجود دارد (جدول11).

همچنین برای سهم مشارکت حجم سیل زیرحوزهها بیانگر اختلاف معنیداری در سطح یک درصد برای زیرحوزههای 1 تا 10 میباشد (جدول12).

به این ترتیب، نتایج به دست آمده حاکی از معنیدار بودن تغییرات مقادیر دبی اوج و حجم سیل در زمانهای متفاوت میباشد.

این مسئله با نتایج یثربی (1384) و Carleton و Young (2005) مطابقت دارد.

منابع مورد استفاده 1) جوکار، ج.، 1381.

بررسی سیلخیزی زیرحوزههای رودخانه شاپور با استفاده از شبیهسازی جریانهای سیلابی، پایاننامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه تربیت مدرس، 126 ص.

2) خسروشاهی، م.، 1380.

تعیین نقش زیرحوزههای آبخیز در شدت سیلخیزی حوزه، مطالعه موردی حوزه آبخیز دماوند، پایاننامه دکتری، گروه جغرافیا، دانشگاه تربیت مدرس، 177 ص.

3) روغنی، م.

مهدوی، م.

و غفوری، ع.، 1382.

معرفی روشی در مکانیابی سطوح موثر بر دبی اوج سیل به منظور برنامهریزی مهار سیلابها و کاهش خسارات آن در حوزههای آبخیز کشور، مطالعه موردی حوزه رودک، مجله پژوهش و سازندگی، 61: 18-27.

4) سهیلی, اسماعیل., 1382.

بررسی پراگنش و علل ایجاد فرسایش تونلی در جنوب فارس, پایاننامه کارشناسی ارشد آبخیزداری, دانشگاه تربیت مدرس, 93 ص.

5) مردانی، ع.ا.، 1377.

بررسی پتانسیلهای سیلخیزی حوزه آبریز رودخانه روئین به منظور بالا بردن میزان بهرهبرداری مطلوب از آن، پایاننامه کارشناسی ارشد علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی،210 ص.

6) مرید، س.

قائمی، ه.

و شمس، ا.، 1375.

مدل سیلخیزی زیرحوزههای کرخه، مجله نیوار، 30: 10-27.

7) یثربی, ب., 1384.

اولویتبندی زیرحوزههای مهم آبخیز هراز بر اساس تولید رواناب, پایاننامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه تربیت مدرس، 90 ص.

8) Akan, A.O.

and Houghtalen, R.J., 2003.

Urban Hydrology , Hydraulics , and Stormwater Quality, John Wiley & Sons, Inc, United States of America, 373p.

9) Chunhong, H.

and Ying, T., 2004.

Proceedings of the Ninth International Symposiom on River Sedimentation, Volume 2, pp.515-523.

10) Foody, G.M., Ghoneim.

E.M.

and Arnell.

W.N., 2004.

Predicting Location Sensitive to Flash Flooding in Arid Envirinment, Journal of Hydrology, 292: 48-58.

11) Hassanzadeh, Y.

and Aalami, M.T., 2005.

An Investigation of Reasons for the Occurance of Golestan Flood & the Methods of its Preventation, In; Proceedings of the International Conference on Geohazards, Natural Disasters & Methods of Confronting With them, Tabriz, Iran, Sep.27-29, 2005;39-40 12) Melesse, A.M.

and Shih, S.F., 2002.

Spatially Distributed Storm Runoff Depth Estimation Using Landsat Images and GIS, Computers and Electronics in Agriculture, Volume 37, Number 1, December 2002, pp.

173-183.

13) Singh, v.p., 1996.

Effect of Spatial and Temporal Variability in Rainfall and Watershed Characteristics on Stream Flow Hydrograph, Hydrological Processes, Volume 11, Issue 12, pp.

1649-1664 14) Vanshaar, J.R.

and Haddeland, I.

and Lettenmaier, D.P., 2002.

Effects of Land-Cover Changes on The Hydrological Response of Interior Columbia River Basin Forested Catchments, Hydrological Processes, Volume 16, Issue 13, pp.

2499-2520.

15) Young, D.F, and Carleton, J.N., 2005.

Implementation of a Probabilistic Curve Number Method in the PRZM Runoff model, Environmental Modelling & Software, Article in Press.

Temporal & spatial prioritizing of kooshkabad sub-watersheds flooding in razavi province, using HEC-HMS model.

H.Izanloo1 H.R.Moradi2 S.H.R.Sadeghi3 Abstract Due to particular geographic situation, Iran has arid and semi arid climate in most areas.

That every year causes of seasonal floods impose huge and irreparable damages.

The present study introuduces a method in site selection of sub-watersheds influencing on peak flood discharge and flood volume, and temporal & spatial prioritizing of kooshkabad sub-watersheds flooding in razavi province, using HEC-HMS model.

In this study we used of SCS hydrologic simulation method at Rainfall-Runoff transformation on sub-watersheds area, and Muskingum routing method on main channels for abtain of watershed outlet flood hydrograph after determination of hydrologic priods, and data for flood hydrograph.

Than we calculated prioritization of sub-watersheds to point of flooding conception using HEC-HMS model and we calibrated it on initial adsorption and curve number and lag time parameters in every hydrologic priod.

Than we prioritized particitation amount of sub-watersheds on peak flood discharge and flood volume in every hydrologic priod, using one to one delet of sub-watersheds in flood routing.

The results of this research indicate that increasing the effects of sub-watersheds in peak flood discharge and flood volume, from the outlet toward middle stream of watershed along.

And it indicate that there is not dependence participitation amount of sub-watersheds on outlet flood to area, and peak flood discharge and flood volume huge or shortage of sub-watersheds, that they have unlinear of dependency form area.

Comparison of flooding prioritizations at different hydrologic priods show significant difference to point of statistical.Thus concentration on watershed management and flood control activities based on priorities and the areas indentified in hydrologic priods, achieving the reseach goals will lead to considerable decrease in implementation expenses of the project.

Key words: Flooding, Temporal & Spatial prioritizing, HEC-HMS model, kooshkabad, Razavi Province.

- MSc in Watershed Management,.

Nat.

Res.

Fac.

of Tarbiat Modarres Univ.

2- Assistant professor of Nat.

of Tarbiat Modarres university, watershed Management, Mazandaran.

Noor, Imam Khomeini street.

Tel: 0122-6253101-3 Zip code: 46414 Fax: 0122-6253499 Email: hrmoradi@modares.ac.ir 3- Assistant professor, Nat.

of Tarbiat Modares Univ.

زیرحوزه خصوصیات12345678910مساحت()75/797/1375/1134/874/534/896/999/63/931/5محیط(m)78/1462/1748/1687/1191/1004/1567/1311/1169/1475/10شیب آبراهه(%)9756463954طول آبراهه (km)788/4721/4645/3447/3605/2152/6566/3881/2642/3947/1 تاریخ وقوع سیلدبی اوج لحظه ای ()دوره هیدرولوژیکی24/02/7046/1بهاره28/02/703/4بهاره08/02/7196/1بهاره23/02/7128/3بهاره22/03/7123/12بهاره11/03/7232/8بهاره27/12/7306/0زمستانه18/05/7915/8تابستان-پاییزه24/06/7278/2تابستان-پاییزه10/09/7321/0تابستان-پاییزه زیرحوزه1234567891074737074747470636859تلفات اولیه (میلیمتر)8/178/188/218/178/178/178/218/299/233/35زمان تاخیر (دقیقه)6979836563103105618775زمان تمرکز (دقیقه)115132138108106172175102146124 زیرحوزه1234567891072767177747471646860تلفات اولیه (میلیمتر)8/19167/202/158/178/177/206/289/239/33زمان تاخیر (دقیقه)7373815963103102608773زمان تمرکز (دقیقه)12112113499106172170100146121 بازه123456K2/029/048/032/028/012/0X2/02/02/02/02/02/0 دوره هیدرولوژیکیزیر حوزه12345678910بهارهCN )قبل از واسنجی)74737074747470636859بهارهCN )بعد از واسنجی)84756675777770636859تابستان-پاییزهCN )قبل از واسنجی)72767177747471646860تابستان-پاییزهCN )بعد از واسنجی)86886675717368646860 الگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش بهاره 24/02/70 در دوره بازگشت 100 سالزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)اولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجمزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)دبی اوج سیلابدبی اوج سیلابحجم سیلابحجم سیلاباولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجمزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)(M3/S)(%)(103*m3)(%)اولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجم175/727/1471/14379/1327/1697/13569/1422297/138/1741/1764/1753/2063/17597/1811375/1174/999/9646/917/1155/9643/1055434/859/101/10597/974/1161/1043/1134574/57/752/7774/695/727/7735/877634/891/963/11267/941/1109/11211/1243796/981/776/8981/604/827/8964/966899/622/36/3027/15/16/2687/29993/924/722/7317/51/619/7391/788103/545/11468/08/0134/11010 الگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالالگوی بارش تابستان-پاییزه 18/05/79 در دوره بازگشت 100 سالزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)مشارکت در محل خروجی اصلی حوزه (مقدار کاهش در خروجی)اولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجمزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)دبی اوج سیلابدبی اوج سیلابحجم سیلابحجم سیلاباولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجمزیرحوزهمساحت (Km2)دبیاوج (M3/S)حجم سیلاب (103*m3)(M3/S)(%)(103*m3)(%)اولویت در کاهش دبی اوجاولویت در کاهش حجم175/79/1304/13388/1334/1579/13235/1422297/1336/2812/2772895/3069/27689/2911375/1189/914/9464/965/108/9313/1044434/896/1063/10059/107/116/10087/1033574/594/565/5778/538/662/5723/677634/81/889/8793/777/812/8741/955796/991/685/766/629/706/7622/866899/621/389/2822/135/188/2812/39993/904/619/585/497/411/5828/688103/547/105/1366/072/065/1237/11010 آماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردحدود اطمینان سطح 95%حدود اطمینان سطح 95%مقدار tسطح معنیداریآماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردپایینبالامقدار tسطح معنیداری13635/266026/014764/00545/26725/2009/16٭٭000/028010/12-09575/124502/03138/13-2882/12-245/52-٭٭000/035645/021105/04719/04657/06633/0962/11٭٭000/047515/035732/07990/05843/09187/0406/9٭٭000/055645/250850/011370/03265/28025/2554/22٭٭000/068955/248906/010936/06666/21244/3477/26٭٭000/076550/126898/006015/05291/17809/1516/27٭٭000/086375/011646/247325/03530/0-6280/1347/1194/099145/117669/248372/08958/09332/2933/3٭٭001/0106125/007735/246451/03597/0-5847/1319/1203/0 آماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردحدود اطمینان سطح 95%حدود اطمینان سطح 95%مقدار tسطح معنیداریآماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردپایینبالامقدار tسطح معنیداری19795/087290/264240/03651/0-3241/2525/1144/028930/1294353/388180/07386/140474/11621/14-٭٭000/030320/075800/139087/07861/0-8501/0082/0936/041565/094223/143430/07525/0-0655/1360/0723/050575/241592/131661/03948/17202/2499/6٭٭000/063140/213823/247812/03133/13147/3840/4٭٭000/071345/156648/135028/04014/08676/1239/3٭٭004/087500/001382/245030/01925/0-6925/1666/1112/091775/243346/254414/00386/13164/3002/4٭٭001/0106390/095687/143857/02768/0-5548/1460/1161/0 آماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردحدود اطمینان سطح 95%حدود اطمینان سطح 95%مقدار tسطح معنیداریآماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردپایینبالامقدار tسطح معنیداری15042/3-70438/435804/14932/6-5151/0-580/2-٭026/020533/806152/1534789/45163/1-6230/17852/1091/035125/1-20562/392538/05493/3-5243/0634/1-130/04-6175/1-40302/398237/07797/3-5447/0647/1-128/050042/3-16700/133688/07456/3-2627/2-918/8-٭٭000/065425/3-66341/276886/02348/5-8502/1-607/4-٭٭001/072667/2-32263/267048/07424/3-7909/0-381/3-٭٭006/085225/0-81357/023486/00394/1-0056/0-225/2-٭048/099525/1-52136/143918/09191/2-9859/0-446/4-٭٭001/0102417/0-23687/006838/03922/0-0912/0-534/3-٭٭005/0 آماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردحدود اطمینان سطح 95%حدود اطمینان سطح 95%مقدار tسطح معنیداریآماره زیرحوزهمیانگینانحراف معیارمیانگین خطای استانداردپایینبالامقدار tسطح معنیداری15925/1-54183/015641/09368/1-2482/1-181/10-٭٭000/021858/1206427/130723/05096/118620/12664/39٭٭000/035558/0-17469/005043/06668/0-4448/0-022/11-٭٭000/045475/0-06969/002012/05918/0-5032/0-214/27-٭٭000/053958/2-18033/005206/05104/2-2813/2-025/46-٭٭000/068375/2-24765/007149/09948/2-6802/2-691/39-٭٭000/074833/1-02934/000847/05020/1-4647/1-157/175-٭٭000/084042/0-04621/001334/04335/0-3748/0-296/30-٭٭000/090167/2-16555/004779/01219/2-9115/1-199/42-٭٭000/0102292/0-05054/001459/02613/0-1971/0-709/15-٭٭000/0