مهندسی و مدیریت آبخیز
سال:1390 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

تولید رسوب یکی از مهم ترین مشکلات مطرح در مدیریت حوزه های آبخیز است. ویژگی های تشکیلات زمین شناختی هر حوزه از عواملی است که نقش مهمی در میزان بار رسوبی آن حوزه دارد. از سویی روابط موجود، تحت شرایط خاصی توسعه یافته است و استفاده از آن ها در شرایطی دیگر، نیازمند بررسی و مقایسه نتایج با ارقام اندازه گیری شده است. در این تحقیق برای ارزیابی روش های مختلف برآورد بار رسوبی، به دلیل تشابه حوزه جگین با سایر حوزه های استان هرمزگان، از آمار و اطلاعات ایستگاه آب سنجی جگین- پنهان استفاده شده است. روش های مورد استفاده شامل معادله اصلاح شده اینشتین، انگلوند- هانسن، یانگ، حبیبی و فان - راین است. آمار و اطلاعات آب سنجی مورد نیاز از طریق شرکت آب منطقه ای استان هرمزگان تهیه شده است. غلظت نمونه های گرفته شده از سیلاب در طول دوره آماری،ملاک بررسی بوده و در مقایسه با نتایج محاسبه شده، مورد استفاده قرار گرفته است. پس از کنترل درستی آمار جمع آوری شده، عوامل مورد نیاز در محاسبات، با استفاده از هر کدام از روش های فوق، مورد سنجش قرار گرفت. نتایج نشان داد که در مجموع متوسط نسبت بار معلق محاسباتی به مشاهده ای در روش اینشتین و متوسط نسبت بار کل محاسباتی به مقادیر اندازه گیری شده در روش انگلوند-هانسن به یک نزدیکتر است. میزان پراکندگی داده ها نیز در برآورد بار معلق به ترتیب در روش های حبیبی، اینشتین و فان- راین افزایش می یابد. با توجه به نتایج حاصله و بررسی های به عمل آمده، استفاده از روش های پنج گانه فوق و مقایسه این نتایج با مقادیر اندازه گیری شده، معادله اصلاح شده اینشتین پاسخ واقعی تری را به دست داده است.

در یک حوزه آبخیز، بین وقایع هیدرولوژیک و ساختار فیزیکی و شرایط اقلیمی حاکم بر آن، ارتباط وجود دارد. با توجه به تنوع شرایط در حوزه های آبخیز، عکس العمل های هیدرولوژیکی آن ها با یک دیگر متفاوت است. با شناخت عوامل اصلی می توان حوزه های آبخیز دارای شرایط هیدرولوژیکی مشابه را از طریق روش های تعیین هم گنی تفکیک کرد. در نتیجه، می توان مدل های برآورد دبی سیلاب را برای حوزه های هم گن با دقت بالاتری نسبت به مدل های کلی منطقه به دست آورد. در این تحقیق، ابتدا کمیت های مورفومتری مختلف 31 حوزه آبخیز انتخابی مربوط به ناحیه خاوری ساحل دریای خزر (خزر خاوری) با مختصات جغرافیایی52o ,22’ تا 56o ,26’ طول خاوری و 36o ,18 تا37o ,54’  عرض شمالی در محیط GIS استـخراج شد. سپس، بر اساس تجزیه و تحلیل عاملی، کمیت های مساحت، شیب متوسط وزنی و تراکم زهکشی حوزه های آبخیز و متغیر بارندگی متوسط سـالیانه به عنوان متغیرهای اصلی انتخاب شد. بر اساس این متغیرها و با استفاده از روش های آماری تجزیه و تحلیل خوشه ای و توابع متمایزکننده و نیز روش گرافیکی منحنی آندرو، حوزه های آبخیز به گروه های هم گن طبقه بندی شد. سپس، بررسی کارآیی گروه های هم گن، با انتخاب دو حوزه آبخیز شاهد در منطقه، از طریق آزمون تحلیل ممیزی، میزان تعلق آن ها به هر یک از گروه های هم گن تعیین شد. درنتیجه، حوزه زرین گل با 100 درصد احتمال عضویت به گروه هم گن چهار و حوزه داراب کلا با 54 درصد و 46 درصد احتمال عضویت به ترتیب به گروه های هم گن یک و سه تعلق داشت. بررسی دقت روابط منطقه ای سیل مربوط به گروه های هم گن در مقایسه با رابطه کل منطقه، با استفاده از معیار جذر میانگین مربع خطا (RMSE) نشان داد که روابط مربوط به گروه های هم گن از دقت بالاتری برخوردارند. به عنوان مثال، برای یک گروه هم گن، مقادیر RMSE با دوره بازگشت های 2، 5، 25، 50، 100 به ترتیب معادل 35.8، 44.6، 66.4، 88.3، 120.2 در مقایسه با RMSE مربوط به رابطه کل منطقه به ترتیب 58.7، 80.5، 114.1، 135.4، 164 به دست آمد. با توجه به این مقایسه، مقادیر دبی برآورد شده برای دو حوزه شاهد در دوره بازگشت های مختلف از طریق روابط رگرسیونی گروه های همگن (Qes) با مقادیر حاصل از توابع توزیع فراوانی سیلاب (Qpdf) نشان داد که این مقادیر درسطح معنی داری کم تر از یک درصد و با ضریب R=0.99از همبستگی بسیارخوبی برخوردارند.

با توجه به این که در سال های اخیر، طرح های متعدد پخش سیلاب به وسیله دستگاه های تحقیقاتی و اجرایی گسترش یافته است، کمبود اطلاعات در خصوص ضوابط طراحی، باعث شده که به علت عدم تناسب سطح عرصه پخش سیلاب و دبی انحراف یافته، استفاده بهینه از طرح در بعضی از نقاط به عمل نیاید. از این رو، تعیین رابطه ای بین سطح عرصه مورد نیاز برای حجم مشخص سیلاب بر اساس ویژگی های عرصه ضرورت پیدا می کند. بنابراین، با توجه به این هدف، اجرای طرح در قسمتی از آبخوان میان کوه با وسعت 60هکتار انجام شده است و قبل از هرسیل گیری میزان تراوایی خاک اندازه گیری شد. در مدت اجرای طرح در مجموع تعداد شش مرتبه سیل گیری اتفاق افتاد که هر بار میزان دبی و حجم سیلاب ورودی، مدت زمان سیل گیری، میزان دبی و حجم سیلاب خروجی، مدت زمان نفوذ سیلاب در عرصه و همچنین سطح غرقاب، اندازه گیری شد. در مجموع حجم سیلاب ورودی به عرصه پخش، به میزان 2767288 مترمکعب و حجم آب نفوذ یافته برابر با 2732361 مترمکعب است. با توجه به اندازه گیری عوامل ذکرشده در هر سیل گیری، رابطه دبی ورودی سیلاب با میزان سطح پخش سیلاب، شیب عرصه، طول خاک ریزها، ارتفاع سرریز، مدت سیل گیری و میزان کمینه سرعت نفوذ، برآورد شد. با توجه به نتایج مشخص می شود که سطح غرقاب شده طول خاک ریزها و ارتفاع سرریز دروازه ها، همبستگی قابل قبولی در سطح اعتماد 99 درصد با دبی بیشینه دارند. عامل زمان تداوم سیل، همبستگی مناسبی با دبی بیشینه نشان نمی دهد.

یکی از انواع فرآیندهای حرکت های دامنه ای که خسارت های مالی و جانی فراوانی را بر زندگی انسان ها وارد می نماید، پدیده زمین لغزش است. وجود عواملی از قبیل مستعد بودن ناهمواری ها از نظر منشاء ساختمانی و دینامیک، قطع درختان جنگل و بهره برداری های مفرط از آن ها،رعایت نکردن اصول فنی در احداث و نگه داری جاده های جنگلی و روستایی، عدم اعمال مدیریت صحیح و بهره برداری اصولی از منابع موجود، سبب شده است که هر ساله خسارتهای زیادی بر سکونت گاه های روستایی، فعالیت های ساختمانی وزراعی، به ویژه باغ های مرکبات وچای وارد شوند. این مسائل، لزوم پهنه بندی خطر زمین لغزش را به عنوان اولین مرحله در مدیریت صحیح محیطی این پدیده روشن می سازد. به این منظور ابتدا لایه های اطلاعاتی برخی از عوامل مهم تاثیرگذار در وقوع زمین لغزش از قبیل سنگ شناسی، شیب، ارتفاع، نوع استفاده فعلی از زمین، فاصله از گسل و فاصله از آبراهه تهیه ورقومی شدند.سپس با استفاده از تفسیر عکس های هوایی و عملیات میدانی، کلیه لغزش های موجود در حوزه، شناسایی و به صورت نقشه ارائه شدند. از تلفیق نقشه های عامل با نقشه زمین لغزش ها، درصد لغزش در واحدهای مختلف هر نقشه به دست آمد و با محاسبه LNRF ترکم سطح، ارزش اطلاعاتی وزن هر یک از عوامل تعیین شد. در نهایت نقشه پهنه بندی خطر زمین لغزش با ادغام لایه های مختلف وزنی در مدل های مختلف، حاصل شد. درستی یابی مدلها با انتخاب یک زیرحوزه به عنوان شاهد و اعمال وزن به دست آمده برای هر کدام از مدلها در شاهد، برای بقیه حوزه بدون استفاده از نقشه پراکنش زمین لغزشها صورت گرفت. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که بیش ترین سطح لغزش در واحدهای سنگ شناختی Pdr و Js به علت وجود لایه های مارن، رس و سیلت و در طبقه شیب 50-30 و در ارتفاع 2500- 2000 متر به وقوع پیوسته است. از طرف دیگر طبقه کاربری مرتع، طبقه بندی فاصله از آبراهه 300-0 متر و فاصله از گسل 1000-0 بیش ترین ناپایداری ها را به خود اختصاص می دهند. این تحقیق نشان می دهد که در مدل تراکم سطح، حدود 79 درصد و در مدل LNRF، حدود 63 درصد و در مدل ارزش اطلاعاتی، حدود 66درصد از حوزه مورد مطالعه در محدوده استعداد خطر لغزش بالا قرار می گیرند.

انجام تحقیقات کاربردی در راستای جلوگیری از وقوع فرسایش خندقی و نحوه گسترش و کنترل آن، نیازمند اطلاعات پایه درباره انواع خندق ها و ویژگی های شکل شناسی است. هدف از انجام این تحقیق، طبقه بندی مناطق تحت تاثیر فرسایش خندقی در استان چهارمحال و بختیاری بر اساس خصوصیات مورفوکلیماتیک بوده است. برای این منظور، در هر یک از اقلیم های تحت تاثیر فرسایش خندقی دو منطقه، با مساحت کمینه 500 هکتار و در هر منطقه، سه خندق معرف انتخاب و ویژگی های مورفومتریک آن ها اندازه گیری شد. طبقه بندی مناطق خندقی با استفاده از تحلیل خوشه ای و بر مبنای تشابه بین خصوصیات کمی اندازه گیری شده انجام گرفت.نتایج حاصل نشان داد که مناطق تحت تاثیر فرسایش خندقی در استان چهارمحال و بختیاری بر اساس خصوصیات مورفوکلیماتیک، با سطح تشابه 70.04 درصد به سه گروه قابل تقسیم است که بیش ترین میزان تشابه در آن ها به 94.12 درصد می رسد. بررسی تجزیه واریانس متغیرهای اندازه گیری شده در گروه ها و مقایسه میانگین گروه ها نشان داد که متغیرهای بارش سالانه، ارتفاع منطقه از سطح دریا، طول خندق، مساحت منطقه خندقی و عرض بالای خندق در مقطع 50 درصد، مهم ترین عوامل اصلی در تفکیک گروه ها بوده اند. بنابراین دریک جمع بندی کلی می توان گفت که از بین کلیه ویژگی های مورفومتریک خندق ها، دو متغیر طول خندق و عرض بالای آن، در طبقه بندی مورفوکلیماتیک خندق ها نقش اساسی تری داشته است.

تعیین شیب حوزه های آبخیز از نیازهای اساسی اکثر طرح های عمرانی و حفاظت آب و خاک است. روش ها و روابط متعددی برای تعیین این عاملارائه شده است. روش های جاستین، شبکه بندی، طول خطوط تراز (هورتون)، هشت نقطه ای، منحنی شیب متوسط و سامانه های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، بیش از سایر روش ها برای تعیین شیب متوسط یک حوزه آبخیز در طرح ها مورد استفاده قرار می گیرند. کارشناسان بر اساس تجربه از یکی از این روش ها استفاده کرده و مقدار شیب را تعیین می نمایند. بررسی های انجام شده نشان داده است که نتایج حاصله از کاربرد روش های مختلف تعیین شیب برای یک حوزه آبخیز، با یک دیگر اختلاف چشم گیر داشته است. به منظور دستیابی به دقیق ترین روشی که مقدار شیب متوسط یک منطقه را نسبت به سایر روش ها ارائه دهد، لازم است که نتایج حاصل از روش های فوق الذکر با مقدار به دست آمده از اندازه گیری مستقیم شیب در صحرا مقایسه شود. در این راستا و در این تحقیق، سه منطقه با مقیاس های متفاوت در نقاط مختلف استان خراسان، در نظر گرفته شد. تعداد هفت دامنه بر روی این سه منطقه، انتخاب و مقدار شیب هر یک از دامنه های 7 گانه از روش های مختلف تعیین شد. سپس مقدار شیب توسط دوربین نقشه برداری به طور مستقیم در صحرا اندازه گیری شد. نتایج حاصل از تعیین شیب از روابط و روش های تجربی با مقدار به دست آمده از اندازه گیری مستقیم، برای دامنه های انتخابی مورد مقایسه قرار گرفت. برای مقایسه از آزمون T جفتی (Paired-Samples T test) استفاده شد. نتایج حاصله نشان داد که روش هورتون دقیق ترین روش تعیین شیب متوسط برای عرصه ها و حوزه های آبخیز است. روش های جاستین و GIS در رتبه بعدی دقت تعیین شیب، در مقایسه با اندازه گیری مستقیم این عامل در صحرا هستند.

امروزه رسوب دهی حوزه های آبخیز از جمله مشکلات بهره برداری از منابع آبهای سطحی در جهان است. با توجه به نقش و اهمیت رسوب در عمر مفید سدهای کشور، عدم توجه به اندازه گیری و محاسبه دقیق آن، باعث اتلاف سرمایه های ملی می شود. بدیهی است که دقت تخمین میزان رسوب دهی، بستگی زیادی به روش های محاسباتی، معادلات ارائه شده و داده ها یا اطلاعات تخمین رسوب دارد. چون عوامل مختلفی در فرسایش و تولید رسوب موثر است و بر اساس شرایط هر حوزه ممکن است یک یا چند عامل در تشدید آن موثر باشد. از این رو، برای بررسی مساله رسوب دهی هر حوزه باید عوامل مختلف موثر در رسوب دهی آن منطقه را شناسایی و به طور صحیح برآورد کرد و سپس تاثیر عوامل مختلف را بر روی رسوب دهی مشخص نمود. در این تحقیق، شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان روشی جدید برای تخمین رسوب دهی حوزه، به کار گرفته شده است. شبکه ای با ساختار و آموزش مناسب و داده های کافی، قادر است تاثیرات و ارتباط بین رسوب و سایر متغیرهای موثر در رسوب دهی را بدون استفاده از روابط اختصاصی و معادلات مربوطه فراگیرد. برای تخمین رسوب دهی زیرحوزه ها، از ساختار MLP استفاده شد. پس از آموزش و آزمایش داده ها،بهترین حالت در نظر گرفته شده و سپس با روش رگرسیون های چندمتغیره مقایسه شد. نتایج نشان دهنده بهبود قابل توجهی در محاسبه و تخمین رسوب و کارآیی روش شبکه های عصبی نسبت به روش رگرسیون های چند متغیره است.