تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل تغییر رفتار واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی در اثر توسعه سکونتگاهی (مطالعه موردی: حوضه آبریز چشمه کیله تنکابن)

نویسندگان
مسعود رجائی
عزت اله قنواتی
علی احمدآبادی
امیر صفاری
دانشگاه خوارزمی
چکیده
تغییرات کاربری اراضی و پوشش‌گیاهی به‌طور مستقیم منجر به تغییر رژیم هیدرولوژیکی می‌شود. در واقع توسعه شهری و کاهش اراضی جنگلی و مرتعی در، سیل‌خیزی را باعث شده است و از طرف دیگر افزایش باغات و کاربری‌های مشابه در مصرف و نفوذ بیشتر آب و کاهش دبی حوضه مطالعاتی نقش مؤثری دارد. هدف از پژوهش حاضر تحلیل تغییر رفتار واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی در ارتباط با پتانسیل تولید رواناب حوضه چشمه کیله در بازه زمانی 29 ساله (2018-1991) است. در این تحقیق، واحدهای پاسخ هیدرولوژیک(HRU) بعنوان واحد کاری برای تعیین پتانسیل تولید رواناب حوضه آبریز چشمه کیله شناسایی و استخراج شده است. به منظور پایش تغییرات تراکم و میزان پوشش‌گیاهی با استفاد ه از تصاویر ماهواره‌ای منطقه مطالعاتی در سال‌های 1991 و 2018 از شاخص تفاضل گیاهی نرمال‌شده استفاده شد؛ سپس با تلفیق لایه گروه‌های هیدرولوژیک و کاربری اراضی، برای هر یک از واحدهای پاسخ هیدرولوژیک میزان شماره منحنی مشخص شد. با توجه به مقادیر شماره منحنی به‌دست‌آمده برای هر واحد پاسخ هیدرولوژیک، مقدار توان نگهداشت رطوبت خاک استخراج شد. در نهایت، با محاسبه مقادیر متوسط ماهیانه، میزان رواناب حاصل از بارندگی برای سال‌های 1991 و 2018 برآورد شد. نتیجه تحقیق گویای کاهش میزان و تراکم پوشش‌گیاهی، افزایش مقدار شماره منحنی، کاهش میزان نفوذپذیری خاک و همچنین افزایش ارتفاع رواناب تولیدی در طول بازه زمانی 29 ساله (2018-1991) در حوضه چشمه کیله (به‌ویژه قسمت‌های شمال حوضه) است؛ به عبارتی توسعه شهری، تغییر کاربری اراضی و تضعیف پوشش‌گیاهی باعث تشدید سیل‌خیزی حوضه شده است.
کلیدواژه‌ها
واحد پاسخ هیدرولوژیک
چشمه کیله
رواناب
شاخص تفاضل گیاهی نرمال‌شده
مدل بارش-رواناب

عنوان مقاله English

Analysis of the behavior changes of hydrological response units due to Residential development (Case Study: Cheshmeh Killeh Tonekabon Basin)

نویسندگان English

masoud rajaei
ezatollah ghanavati
ali ahmadabadi
amir saffari
Kharazmi University
چکیده English

Analysis of the behavior changes of hydrological response units due to Residential development

(Case Study: Cheshmeh Killeh Tonekabon Basin)



Ezatollah Ghanavati *[1]

Ali Ahmadabadi[2]

Amir Saffari[3]

Masoud Rajaei[4]





Abstract

Land use and vegetation changes directly lead to changes in the hydrological regime, especially runoff coefficient and maximum instantaneous discharge changes. Much of the land use change has occurred due to residential development, which has led to a decrease in residential and rangeland lands and agricultural lands in the northern regions of the country; This has led to an increased risk of flooding in these areas and downstream urban areas. Cheshmeh Killeh basin as one of the catchments in the north of the country in the last decade has witnessed the occurrence of various floods; Therefore, in this study, by extracting the hydrological response units of Cheshmeh Killeh catchment in order to identify changes in vegetation and land use of these units and the effect of these changes on the hydrological behavior of the basin, the runoff coefficient is one of these behaviors in this period of 29 years (1991-2018). paid. Therefore, in this research, hydrological response units have been identified and extracted as a working unit to determine the runoff production potential of Cheshmeh Killeh catchment. In order to monitor changes in density and vegetation cover using satellite images of the study area in 1991 and 2018, the normalized plant difference index was used; Then, by combining the layers of hydrological groups and land use, the amount of curve number was determined for each of the hydrological response units. According to the values ​​of the obtained curve number for each hydrological response unit, the amount of soil moisture holding capacity was extracted. Finally, by calculating the average monthly values, the amount of runoff from rainfall for 1991 and 2018 was estimated. The results of the study indicate a decrease in the amount and density of vegetation, an increase in the number of curves, a decrease in soil permeability and also an increase in runoff height during a period of 29 years (1991-2018) in Cheshmeh Killeh catchment (especially the northern parts of the catchment); In other words, settlement development, land use change and weakening of vegetation have intensified flooding in the basin; Therefore, it is necessary to carry out watershed management operations upstream to increase permeability.



Keywords: Hydrologica response unit, Cheshmeh killeh, Runoff, Normalized vegetation difference index, SCS-CN model.

کلیدواژه‌ها English

Hydrological response unit
Cheshmeh killeh
runoff
Normalized vegetation difference index
SCS-CN model
احمدآبادی، علی؛ پرستو غفورپور عنبران (1395)، بررسی اثرات عملیات آبخیزداری بر قابلیت تولید رواناب با استفاده از روش SCS در حوزه آبخیز عنبران‌چای، دو فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، سال 6، شماره 13، صص 64-49.
احمدآبادی، علی؛ امیرکرم ، محسن پوربشیر هیر (1394)، تحلیل هیدروژئومورفولوژی واحدهای پاسخ هیدرولوژی (HRU) در حوزه‌ی آبخیز قره‌سو اردبیل. دو فصلنامه‌ی ژئومورفولوژی کاربردی ایران. سال 3، شماره 5، صص 73-59.
امیر احمدی، ابوالقاسم؛ ابوالفضل بهنیافر، مجید ابراهیمی (1390) ریز پهنه‌بندی سیلاب در محدوده شهر سبزوار در راستای توسعه‌ی پایدار شهری، فصلنامه‌ی آمایش محیط، شماره 16، صص 32-17.
امیری، مریم (1385) کالیبراسیون و ارزیابی مدل هیدرولوژیکی SWRRB به منظور شبیه‌سازی رواناب (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کسیلیان)، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه مازندران.
آذری، محمد (1385) شبیه‌سازی رفتار هیدرولوژیکی و هیدرولولیکی حوضه‌ی آبخیز جاغرق به منظور کنترل سیلاب، پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد، دانشکده‌ی منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس.
ثروتی، محمدرضا؛ احمدی، محمود؛ نصرتی، کاظم؛ مزبانی، مهدی (1392) پهنه‌بندی پتانسیل سیل‌خیزی حوضه آبریز سراب دره‌شهر، جغرافیا، 36 (11)، صص 77-55.
خسروشاهی، محمد؛ بهرام ثقفیان (1380) تعیین نقش زیرحوضه‌های آبخیز در شدّت سیل‌خیزی، مجلّه پژوهش و سازندگی، 16 (2)، صص 75-67.
ربانی‌ها، مهناز (1395) مطالعات زیست‌محیطی و اکولوژیک در البرز شمالی (استان گلستان) با هدف توسعه شیلاتی، موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور.
رئیسی، ح (1388) مدیریت آب‌های سطحی در طرح‌های جامع شهر تهران. مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری.
حسین‌زاده، محمدمهدی (1391) برآورد ارتفاع رواناب و دبی اوج رواناب در وقوع فرسایش آبراهه‌ای در منطقه‌ی کجور نوشهر-البرز شمالی، پژوهش‌های فرسایش محیطی، شماره‌ی 7، صص 15-1.
صادقی، ح.ر؛ جلالی راد، ر؛ حاجی قلی زاده، م (1388) شبیه‌سازی سیل در حوضه آبخیز شهر تهران، مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری شهری.
قنواتی، عزت اله (1392)، پهنه بندی خطر سیلاب کرج با استفاده از منطق فازی، جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره8، صص113-131.
قنواتی، عزت اله، فریبا ندافیون (1395)، برآورد پتانسیل سیلاب حوضه آبریز درکه با استفاده از روش بارش- رواناب، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، شماره 49.
قنواتی، عزت اله، (1398)، ژئومورفولوژی و برنامه ریزی محیط زیست شهری، انتشارات مرکز مطالعات و برنامه ریزی شهر تهران.
لاجوردی، محمود؛ شهریارخالدی، شاپور ستاری (1392)، پهنه‌بندی پتانسیل سیل‌خیزی حوضه‌ی آبریز مردق چای (آذربایجان شرقی)، نشریه‌ی علمی-پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی، 17 (44): صص 273-255.
محمدی، حسین؛ علی پناهی (1385) برآورد میزان رواناب با استفاده از روش SCS و GIS در حوضه‌ی آبریز قلعه چای آذربایجان شرقی، نشریه‌ی انجمن جغرافیایی ایران، شماره‌ی 10 و 11، صص 123-119.
محمدی مطلق، رضا؛ نویدجلال کمالی، امیرجلال کمالی (1392) بررسی نقش مشارکت زیر حوضه‌های آبریز در شدت سیل‌خیزی: مطالعه موردی حوضه آبریز دالکی، فصلنامه علمی-پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، شماره 13، صص 44-31.
ملکی، امجد؛ همایون حصادی، نوشین پیروزی‌نژاد (1393) بررسی رفتار هیدرولوژیکی سیلاب حوضه آبخیز رادآور با استفاده از روش‌های آنالیز آماری، مدل SCS و مقطع برداری از رودخانه، مجله جغرافیا و توسعه، شماره 34، صص 120-109.
یعقوب‌زاده، مصطفی (1387) محاسبه شماره منحنی رواناب حوضه آبریز با استفاده از شیوه‌های GIS و RS، مطالعه موردی: حوضه آبریز منصورآباد بیرجند، پژوهش آب ایران، 3 (5)، صص 40-31.
Ajmal, Muhammad, Moon, Geon-woo., Ahn, Jae-hyun., Kim, Taewoong. (2015), Investigation of SCS-CN and Its inspired modified models for runoff estimation in South Korean watersheds, Journal of Hydro-environment Research, PP. 1-12.
Alidoost, M., Sobhzahedi, Sh., and Poornasrollah, M.R. 2005. The effect of vegetation on decreasing runoff and soil erosion, in Polrood watershed, P 56-61, Proceeding of second national conference on watershed and water and soil resources management, (In Persian).
Azizah Abas, A., M, Hashim (2014), Change Detection of Runoff- Urban Growth Relationship in Urbanized Watershed, 8th Internatinal Symposium of the Digital Earth (ISDE8), Earth and Envirnoment Science, 18.
Bhskar, J., Suribabu, C.R., (2014), Estimation of Surface Run-off Urban Area Using Integrated Remote Sensing and GIS Approach, Jordan Jurnal of Civil Engineering, PP. 1: 70-80.
Busby, R.E., and Gifford, G.E. 1981. Effects of livestock grazing on infilteration and erosion rates measured on chained and unchained pinygon-junipersites in Southeastern Utah. J. of Range Mange, 34: 400-405.
Chen, Y. Xu, Y. and Y. Yin. 2009. Impacts of land use change scenarios on storm-runoff generation in Xitiaoxi basin, China. Quaternary International, 208(1–2): 121-128.
Du, J., Qian, L., Rui, H., Zuo, T. Zheng, D., Xu, Y. and C. Y. Xu. 2012. Assessing the effects of urbanization on annual runoff and flood events using an integrated hydrological modeling system for Qinhuai River basin, China. Journal of Hydrology, 464–465(0): 127-139.
Flugel, W.A, (1995). Delineating hydrological response units by geographical information system analyses for regional hydrological modelling using PRMS/MMS in the drainage basin of the River Brol, Germany. IAHS Publ. Volume 231, pp 79-89.
Gholami, S.A. 1994. The Effect of Vegetation Management (forest and rangeland) on Hydrograph Shape, (decreasing flood hazards). Journal of Forest and Rangeland, 14: 71-85. (In Persian)
Jeon, Ji-Hong., Lim, Kyoung Jae., Engel, Bernard A. (2014), Regional Calibration of SCS-CN L-THIA Model: Application for Ungauged Basins, Water (6), PP. 1339-1359.
Kavianpoor, A.H., Jafarian, Z., Smahli, A., Kavian, A. 2015. The effect of vegetation cover on runoff and soil loss using rainfall simulation. J. Geograp. Environ. Plan. 58: 2. 179-190.
Lagacherie, P. Rabotin, M. Colin, F. Moussa, R. Voltz, M. (2010). Geo-MHYDAS: A landscape discretization tool for distributed hydrological modeling of cultivated areas. Computers & Geosciences, Volume 36, pp 1021-1032.
Nie, W., Yuan, Y., Kepner, W., Nash, M. S., Jackson, M. and C. Erickson. 2011. Assessing impacts of landuse and landcover changes on hydrology for the upper San Pedro watershed. Journal of Hydrology, 407(1–4): 105-114.
Nirupama, N. and S. Simonovic. 2007. Increase of flood risk due to urbanisation: A canadian Example. Natural Hazards, 40(1): 25-41.
Ozturk, D., Batuk, F., (2011), Implementation of GIS-Based Multicriteria Decision Analysis with VB in ArcGIS, International Jurnal of Information Tecnology & Decision Making, Vol. 10, No. 6, PP. 1023-1042.
Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A. and Deering, D.W. (1973). Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS. In 3rd ERTS Symposium, NASA SP-351 I, 309-317.
Sadeghi, S.H.R. 1995. Investigating the effective factors on flood and evaluation of control mode factors, Journal of Forest and Rangeland, 43: 108- 114. (In Persian)
Sala, O. E., Chapin, F. S., Armesto, J. J., Berlow, E., Bloomfield, J., Dirzo, R….
and D. H. Wall. 2000. Global biodiversity scenarios for the year 2100. Science, 287(5459): 1770-1774.
Sanzana, P. Jankowfsky, S. Branger, F. Braud, I. Vargas, X. Hitschfeld, N and Gironas, J. (2013). Computer-assisted mesh generation based on hydrological response unit for distribute hydrological modeling, Computer & geosciences, Volume 57, pp 32-43.
Shi, P. J., Yuan, Y., Zheng, J., Wang, J. A., Ge, Y. and G. Y. Qiu, 2007. The effect of land use/cover change on surface runoff in Shenzhen region, China. CATENA, 69(1): 31-35.
Sika, A. K., Sarma, J., Sharda. S.V. N., Samraj, P. and Akashmanam, S., 2003. Low Flow and High Flow Responses to Converting Natural Grassland in to Blugeum (Eucalyptus Globules) in Nilgiris Watersheds of South India. Journal of Hydrology, 270, 12-26.
Singh, V. P. 1998. Hydrologic System, Rainfall Runoff Modeling. Vol.1, John Wiley and Sons, UK.
Su, M. W.J. Stolte and G. van der Kamp, (1997). Modelling wetland hydrology using SLURP, Proc.Scientific Meeting of the Canadian Geophysical :union:, Banff, Alberta.
Suriya, S. and B.V. Mudgal. 2012. Impact of urbanization on flooding: The Thirusoolam sub watershed – A case study. Journal of Hydrology, 412–413: 210-219.
Tekeli, I., Akgul, S., Dengiz, O., Akuzum, T. (2006) Estimation of Flood Discharge for Small Watershed Using SCS Curve Number and Geographic Information System, International Congress on River Basin Management, 4 (1), pp. 527-538.
Viji, R., Rajesh Prasanna, P., Ilangovan, R. (2015), Modified SCS-CN and Green-Ampt Methods in Surface Runoff Modeling for the Kundahpallam Watershed, Nilgiris, Western Ghats, India, Aquatic Procedia, PP. 677-684.
Wood, M., and Blackburn, E.H. 1981. Grazing systems: Their influence on infiltration in the Rolling Plains of Texas. J. of Range Manage. 34: 331-335.
www.mzrw.ir 1397/12/2.
Xian, G., Crane, M. and J. Su. 2007. An analysis of urban development and its environmental impact on the Tampa Bay watershed. Journal of Environmental Management, 85(4): 965-976.
Yang, X., Ren, L. Singh, V. P., Liu, X., Yuan, F., Jiang, S. and B. Yong. 2012. Impacts of land use and land cover changes on evapotranspiration and runoff at Shalamulun river watershed, China. Hydrology Research, 43(1/2): 23–37.