تأثیر رگبارهای منفرد بر مدیریت بحران سیل (نمونه مطالعاتی حوضه فارسان )

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار گروه جغرافیا، دانشگاه اصفهان

چکیده

  بدون شک سیلاب به عنوان یک بلای طبیعی شناخته شده است. بر اساس مطالعات صورت گرفته، با توجه به زمان تداوم بارش‌ها میزان خسارات ناشی از سیل در حوضه‌های کوچک بیشتر از حوضه‌های بزرگ است. برای بررسی وضعیت سیلاب در این حوضه، بارش­های کمتر از 24 ساعت و رگبارهای منفرد آن تجزیه وتحلیل گردید. میزان شدت بارش در دوره برگشت­های مختلف و زمان تداومی معادل زمان تمرکز از طریق روابط محاسباتی بر آورد گردید .حوضه فارسان جزیی از ابر حوضه کارون است. این حوضه با جمعیت 60000 نفر اقتصادی متکی بر کشاورزی (زراعت و باغداری)دارد . اراضی تحت کشت آبی آن به طور کامل بر روی تراست­های روخانه فارسان است که هرساله با رخداد سیلاب ،منابع آب وخاک حوضه تهدید می­گردد و توسعه اقتصادی آن تحت تأثیر قرار می­گیرد. با توجه به مقادیر شدت بارش و دبی راهکارهای اعمال مدیریت بحران مانند عملیات بیولوژیک در ارتفاعات،احداث سد مخزنی، ساحل سازی رودخانه برای جلوگیری و کاهش خسارات ناشی از سیلاب به اقتصاد کشاورزی حوضه پیشنهاد گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Single Thunders on Flood's Management (Case Study: Farsan Basin)

نویسنده [English]

  • D. Rahimi
Assistant Professor, Department of Geography, The University of Isfahan
چکیده [English]

Based on studies done so far and according to rainfalls' durability time, the rate of damages caused by flood in smaller basins is higher than larger ones. To survey flood conditions in this basin, we analysed less than 24-hours showers and single thunders. The rate of density in different return periods and durability time, equal to concentrate time, was estimated through accounting relations. Farsan basin is a part of the great Karoon basin. This basin with a population of 60000 is economically dependent on agriculture (farming and gardening). The lands under irrigation are all located on the Farsan river terraces, and every year they are
badly affected by flood event; thus the lands and water resources are threatened. Moreover, it has affected the economical progress of this area. According to the amount of the density and discharge of the rainfall, the following crisis strategies are proposed: performing biological operations in the heights, building reservoir dams, controlling the river bank, preventing and decreasing the rate of agricultural-economical damage caused by such floods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • crisis management
  • single thunders – density and duration of shower Farsan basin

مقدمه

بدون شک سیلاب به عنوان یک بلای طبیعی شناخته شده است، ولی در عمل سیلاب هم از نظر تلفات جانی و هم از نظر خسارات مالی، مهیب­ترین بلای طبیعی در جهان محسوب می‌شود. از سال 1988 تا 1997 حدود 390000 نفر در اثر بلایای طبیعی در جهان کشته شدند که 58 درصد بر اثر سیلاب، 26 درصد بر اثر زلزله، 16 درصد بر اثر طوفان و بلایای دیگر بوده است. خسارات کل در این 10 سال حدود 700 میلیارد دلار بوده است که به ترتیب 33، 29 و 28 درصد مربوط به سیلاب، طوفان و زلزله بوده است(رجایی،1382).

 

در این خصوص نکتة نگران کننده، روند افزایشی تلفات و خسارات سیلاب در جهان در دهه­های اخیر است. افزایش جمعیت و دارایی­ها در سیلاب دشت­ها، تغییرات هیدروسیستم­ها و اثرات مخرب فعالیت­های انسانی، از دلایل عمدة این روند افزایشی است. هنگام بارش باران و برف، مقداری از آب جذب خاک و گیاهان می‌شود، درصدی تبخیر و باقیمانده که جاری شده، رواناب نامیده می­شود. سیلاب زمانی روی می­دهد که خاک و گیاهان نتوانند بارش را جذب نمایند و در نتیجه کانال طبیعی رودخانه کشش گذردهی رواناب ایجاد شده را نداشته باشد. به طور متوسط تقریبا30 درصد بارش به رواناب تبدیل می­شود که این میزان با ذوب برف افزایش می‌یابد. سیلاب­هایی که به صورت متفاوت روی می­دهد، منطقه­ای به نام سیلاب دشت در اطراف رودخانه را به وجود می­آورد. سیلاب­های رودخانه اغلب ناشی از بارش­های شدید بوده که در برخی موارد همراه با ذوب برف است. سیلابی که بدون پیش هشدار یا پیش هشدار کمی در رودخانه جاری شود، تند سیل نامیده می­شود. تلفات جانی این تند سیلاب­ها که در حوضه­های کوچک به وقوع می‌پیوندند، عموما بیشتر از تلفات جانی سیلابهای رودخانه‌های بزرگ است. این امر می‌تواند ناشی از واکنش سریعتر حوضه‌های کوچک به بارش، به ویژه بارش‌های شدید باشد. برای مثال، حوضه با وسعت 270 کیلومتر مربع با زمان تمرکز 7 ساعته نسبت به حوضه ای با وسعت 24000 کیلومتر با زمان تمرکز 5/23 ساعته، در قبال بارشی با زمان تداوم 7 ساعته متفاوت است، به گونه ای که در حوضه اول یک سیل توأم با آبگرفتگی سیلابدشت رخ داده، ولی در حوضة دوم تنها یک روند افزایشی در هیدرو گراف به ثبت رسیده است. مهار سیلاب به عنوان یک بحران طبیعی با استفاده از اصول حاکم بر مدیریت آن قابل هدایت و کنترل است.

علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، باید توجه داشت که اندرکنش بین رخداد سیل و استفاده انسان از سیلاب دشت دارای ماهیت پویایی است. بنابراین، می‌توان گفت که خسارت سیلاب دائما" با زمان تغییر می‌کند و اعمال مجموعه اقدامات مدیریت بحران امری گریز ناپذیر است.

مدیریت بحران شامل فرآیند پیش بینی و پیشگیری از وقوع بحران، برخورد و مداخله در بحران و سالم سازی بعد از وقوع بحران است. به عبارتی دیگر، مدیریت بحران در واقع علمی کاربردی است که به وسیله مشاهده سیستماتیک بحران­ها و تجزیه و تحلیل آنها در جستجوی یافتن ابزاری است که به وسیله آنها بتوان از بروز بحران­ها، پیشگیری نمود (استانداری خراسان رضوی، 1387).

طبق تعریف ذکر شده در بالا، وجود یک نگاه سیستماتیک شامل شناخت علل ایجاد سیل، شناسایی مناطق در معرض خطر و رعایت اصول پیشگیرانه بر سیلاب، از الزامات اولیه مدیریت بحرا ن سیل محسوب می‌ شود. در این میان، رگبارهای منفرد از جایگاه ویژه و مؤثری در ایجاد سیلاب برخوردار هستند. تأثیر رگبارهای منفرد در ایجاد سیلاب در چارچوب مطالعات شدت – مدت بارش قرار دارد. بنابراین، به منظور اعمال مدیریت بحران سیل مقادیر شدت بارش و رگبارهای منفرد، مقادیر رواناب حاصله وسیلاب در دوره برگشت­های مختلف بررسی و راهکارهای پیشگیرانه آنها ارائه می‌گردد.

 

پیشینه مطالعات شدت ـ مدت بارندگی به اوایل دهه 1930 می‌ رسد. پژوهشگرانی که از آن زمان تاکنون سعی داشته­اند رابطه شدت ـ مدت بارندگی را با یکدیگر مشخص کنند، در نهایت به دو الگوی کلی دست یافته­اند. عده­ای مانند چو[1] (1953) رابطه شدت ـ مدت بارندگی را یک رابطه توانی دانسته­اند و عده­ای دیگر از محققان همچون شرمن[2] (1931 (موری .ج و ج راو [3] (1978)، تروپل [4](1959) و بل [5](1961) اعتقاد به وجود یک رابطه خطی بین شدت ـ مدت بارندگی داشته­اند. در سالهای اخیر روابط زیادی که عمدتاً به صورت توابع ریاضی هستند از روی تحلیل­های نقطه­ای بارندگی ارائه شده است.

در ایران نیز مطالعاتی در زمینه شدت ـ مدت بارندگی صورت گرفته است. قهرمان (1366)، قهرمان و سپاسخواه (1369) و قهرمان(1382) به بررسی و تعیین روابط شدت ـ مدت بارش در ایستگاه­های کشور پرداخته و روابط ریاضی ایستگاه­ها را کالیبره نموده­اند، وزیری (1359، 1373 و1376) به تجزیه و تحلیل رگبارهای ایران پرداخته است و علیزاده(1372) روابط شدت ـ مدت بارش در ایستگاه مشهد را بررسی نمود. همچنین غیور (1371) در زمینه پیش­بینی رواناب براساس شدت ـ مدت بارندگی در حوضه‌های آبخیز میزان رواناب را برآورد نمود.

یکی از مهم­ترین مباحث مطرح شده در بحث بارش­های با مدت تداوم کوتاه یا کمتر از 24 ساعت رخداد سیلاب‌های شدید با بزرگی زیاد، فرسایش شدید خاک، تخریب سازه‌های آبی، کاهش عمر مفید آنها و همچنین هدر رفتن حجم بالای منابع آب سطحی در مدت کوتاه، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک است. در این اثر گذاری بارش­های حداکثر یا رگبارهای منفرد جایگاه ویژه ای دارند که با توجه به اهمیت آنها در ابتدا تعریف آنها اراده می‌ گردد.رگبارهای منفرد، رگبارهایی هستند که از زمان شروع تا خاتمه بارندگی قطع نشده در ضمن رگبارهایی انتخابی از لحاظ تداوم بارندگی طویل المدت و از نظر شدت بارندگی در برگیرنده شدیدترین رگبارها است (وزیری 1376).

احداث سازه‌های هیدرولوژیک و مسایل مرتبط با هیدرولوژی، کنترل سیلاب، حفاظت خاک و نگهداشت آب از اساسی ترین زمینه‌های کاربرد مطالعات شدت ـ بارش و رگبارهای منفرد هستند. این بارش‌ها از سویی به دلیل وارد ساختن بیشترین انرژی جنبشی به سازه‌های آبی ـ خاکی در پایداری سازه‌ها و از سوی دیگر، با ایجاد حجم زیاد منابع آب در مدت کوتاه دارای اهمیت می‌باشند.

در این مطالعه سعی شده است با استفاده از داده‌های برآوردی رگبارهای منقرد در دوره برگشت‌های مختلف، مقادیر سیلاب در همان دوره برگشت‌ها برآورد وسپس با استفاده از معادله مانینگ ابعاد سیلاب دشت مشخص و راهکارهای مدیریتی بحران سیل ارایه شود.

مواد و روش‌ها

موقعیت جغرافیایی و داده‌ها

حوضه فارسان با وسعت 4/273 کیلومتر مربع از نظر تقسیمات سیاسی و اداری در استان چهارمحال و بختیاری و شهرستان فارسان واقع شده است. این حوضه دارای موقعیت جغرافیایی  تا  شمالی و  تا  شرقی در برگیرندة شهرهای باباحیدر و فارسان و روستاهای فیل آباد، عیسی­آباد، ده­چشمه، گوجان، سپیدانه، امید آباد، هیرگان و چویین با جمعیتی برابر با 60000 نفر و تراکم جمعیت 219 نفردر هر کیلومتر مربع از مناطق نسبتا" توسعه یافته شهرستان فارسان محسوب می‌ گردد. نقشه شماره(1) ضمن نشان دادن حوضه مذکور موقعیت نقاط شهری، روستایی کاربری فعلی اراضی به ویژه با کاربری کشاورزی( در حاشیه رودخانه) را نشان می‌دهد. از نظر تقسیمات طبیعی، از زیرحوضه­های کارون بوده، مشخصات هیدرومورفیک آن به شرح جدول شماره(1) است.

 

جدول شماره (1) مشخصات هیدرومورفیک حوضه آبخیز فارسان

مشخصه فیزیوگرافی

شاخص

واحد سنجش

رابطه

 

مساحت

4/273

کیلومتر مربع

G.I.S

 

محیط

5/72

کیلومتر

G.I.S

 

ضریب فشردگی

23/1

بی بعد

   
 

ارتفاع

2555

متر

نقشه

 

شیب متوسط

31/19

درصد

G.I.S

 

تعداد زیر حوضه

6

واحد

G.I.S

 

نسبت انشعاب

14/3

بی بعد

بیفرکاسیون

 

طول آبراهه اصلی

32

کیلومتر

G.I.S

 

شیب آبراهه

1/4

درصد

G.I.S

 

زمان تمرکز

14/7

ساعت

S.C.S

 

دبی متوسط

7/1

متر مکعب

دبی سنج امید آباد

 

متوسط بارش

756

میلیمتر

وزنی

 

                                                                                       مأخذ: محاسبات نگارنده

 

این حوضه آبخیز با توجه به شاخص‌های انسانی (جمعیت،تراکم) و اقتصاد با محورکشاورزی، از مناطق مستعد توسعه کشاورزی شهرستان است. تراست‌های رودخانه(خاک مناسب) با منابع آب سطحی (رودخانه فارسان) مهمترین نهاده کشاورزی آن محسوب می شود که هرساله با توجه به رژیم آبدهی رودخانه و وقوع سیلاب‌های ناشی از بارش‌های شدید و ذوب توامان برف به شدت تهدید می‌گردد.

به منظور تداوم توسعه با شرایط اکولوژیک پایدار، بررسی مشخصات هیدرو کلیماتولوژی سیلاب، به عنوان مهمترین تهدید منابع خاک حوضه از الزامات آن است .بررسی مقادیر شدت ـ مدت بارش و تداوم‌های آن بنیادی ترین گام برای برطرف نمودن مشکل ذکر شده است.

 

 

 

 

 

شکل شماره 1 محدوده ،موقعیت مناطق سکونتگاهی و کاربری ارضی  حوضه آبخیز فارسان

 

 

برای دستیابی به هدف ذکرشده، مقادیر شدت ـ مدت با استفاده از داده‌های باران سنجی ایستگاه­های باباحیدر و فارسان بررسی گردید. ایستگاه باران سنجی بابا حیدر با دوره آماری سال 1353 تا 1364 و 1369 تا 1384 و ایستگاه باران سنجی ثبات و روزانه فارسان، در طی دوره آماری 1364 تا ‌1384 انتخاب گردیداست.

 

 

جدول شماره (2): مشخصات ایستگاه­های مورد استفاده

نام

عرض

طول

ارتفاع متر

بارش سالانه(میلیمتر)

نوع ایستگاه

باباحیدر

   

2200

918

روزانه

فارسان

   

2030

540

روزانه و ثبات

                                                     مأخذ:شرکت آب منطقه­ای چهارمحال و بختیاری


ب)روش

تحلیل فراوانی یکی از روش‌های مناسب برای برآورد مقادیر سیلاب محسوب می شود. درصورتی که شرایط لازم، از قبیل وجود آمار کافی و امکان برازش تابع توزیع مناسب وجود داشته باشد، با این روش می توان به نتایج مطلوب دست یافت. این روش‌ها دارای طیف وسیعی بوده، شامل استفاده از آمار ریاضی تا روش‌های مربوط به ایجاد همبستگی بین داده‌ها و بهره گیری از روابط بین بارندگی و رواناب می گردد(سازمان مدیریت و برنامه ریزی،1380).

این پژوهش با توجه به تعریف مسأله و موضوع مورد بحث (رابطه شدت ـ مدت بارش) در دستگاه معرفت شناختی علمی بررسی شده و از روش‌های تحقیق اسنادی، تحلیلی، روابط و تکنیک­های آماری (همبستگی و طبقه بندی) برای تحلیل آن استفاده شده است. با توجه به اینکه داده‌های مورد بررسی را داده‌های حد فرین بارش تشکیل می دهند، بنابراین، جهت رفتار شناختی داده‌ها از روش‌های آماری احتمال وقوع، توزیع داده‌ها و آزمون­های نکویی برازش، میزان همبسته بودن، معادلات دو و چند جمله‌ای استفاده گردید.

در این بررسی، ابتدا گراف­های باران سنج ثبات فارسان مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اطلاعات ضمیمه گراف­ها، گراف­هایی که نوع بارش آنها برف و یا مخدوش بوده حذف شد. سپس بر اساس تعریف رگبار منفرد، شش رگبار با مدت دوام‌های 24 ساعته(سه مورد)3 ساعته(دو مورد ) و 8 ساعته(یک مورد) از مجموع رگبارهای ثبت شده انتخاب و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

 

پ)نتایج

روش‌های آماری جهت برآورد داده‌های حد فرین از متداول ترین و قابل اطمینان ترین روش­ها محسوب می شوند. روش­های آماری به خصوص در مواقعی که داده‌های مربوط به بارش یک ناحیه به اندازه کافی و مناسب باشند، به عنوان یک روش ساده و سریع بکار برده می شوند.

در این روش­ها جهت برآورد مقدار حد بارش از توزیع‌های گوناگون و چگونگی این توزیع‌ها کمک گرفته سپس با انجام آزمون­های نکویی برازش و تشخیص نوع توزیع آن از توابع ریاضی بر پایه میانگین، انحراف از معیار یا ضریب تغییر پذیری، ضریب چولگی توزیع داده‌ها، اثرگذاری مساحت و دوره برگشت مقادیر حد بارش و دبی محاسبه می گردد. به منظور تعیین روابط شدت ـ مدت بارش و کاربرد آن در مدیریت بحران سیل الگوریتم زیر تهیه گردیده است:

  • تهیه بانک اطلاعاتی و همسان سازی داده‌ها؛
  • برازش داده‌ها و آزمون نیکویی برازش داده‌ها با استفاده از توزیع‌های آماری مختلف؛
  • محاسبه مقادیر شدت و تداوم بارش در دوره برگشت‌های مختلف به صورت نقطه ای؛
  • محاسبه مقادیر شدت بارش در تداوم و دوره برگشت‌های مختلف درمقیاس منطقه‌ای؛
  •  برآورد دبی حداکثر بر اساس شدت بارش؛
  •  انتخاب روش‌های مناسب مدیریت بحران.

در راستای انجام فرآیند الگوریتم فوق:

1- مرحله اول الگوریتم در بخش مواد و روش­ها مورد بحث قرار گرفت.

2- به منظور مرحله دوم الگوریتم عملیات زیر انجام گرفته است:

برای بررسی داده‌ها و روش‌های آماری و توزیع‌های مختلف بحث تناوب در داده‌ها مطرح گردید. به منظور دستیابی به نحوة مناسب تناوب یا فراوانی آن در ابتدا داده‌ها را در توزیع‌های مختلف برازش داده که با توجه به نا‌پیوسته بودن مقادیر توزیع‌های بی نومیال، پواسون، نرمال، نرمال لگاریتمی، توزیع نوع اول و‌سوم حدهای نهایی، توزیع پیرسون و لگاریتم پیرسون نوع سوم که با اعمال ضریب تناوب صورت می گیرند، استفاده شد. براساس مطالعات صورت گرفته داده­ها در توزیع نوع دوم فیشروتیپت دارای نکویی برازش هستند. این توزیع عبارت است از:

 P(y)= (رابطه(1

 به ترتیب از روابط(2) و(3) به دست می­آیند و در این رابطه

رابطه (2 )   

رابطه (3)

معادله خط توزیع حد نهایی بالا به شکل رابطه (4) است.

X=4) )رابطه

که : Xمیزان بارش

 µ : میانگین داده‌های حد بالا

  : انحراف از معیار داده‌ها

و K  : ضریب اصلاح تناوب بوده و از رابطه (5)

رابطه (5)   

قابل محاسبه است که در آن مقدارK  بر اساس دوره برگشت و ضرایب مساحت قابل اصلاح است. با بررسی­های به عمل آمده، از بین روش­های احتمالی برای تعیین مقادیر شدت­ها دو روش گامبل[6] (1958) و فیشر از سایر روش­های احتمالی مناسبتر تشخیص داده شده اند. با انجام آزمون نیکویی برازش با استفاده از نرم افزار SMADA داده‌ها در توزیع گامبل دارای بهترین برازش هستند.

3- 

برای انجام این مرحله پایگاه داده‌ها در نرم افزار Excel تشکیل و سپس با استفاده از نرم افزار SMADA احتمال وقوع داده، دوره برگشت، مقادیر داده‌ها برآورد و سپس با گروه بندی داده‌ها در دوره­های زمانی 15 تا 180،180 تا780،780 تا 1080 و 1080 تا 1440 دقیقه روابط دو جمله­ای به صورت نقطه­ای ارایه گردید. بر اساس محاسبات صورت گرفته رابطه­ای لگاریتمی به شکل رابطه شماره (6) بین مقادیر شدت و زمان تداوم بارش برقرار است :

رابطه شماره(6)  

در جدول شماره (3) روابط نقطه­ای ایستگاه فارسان ارائه می­گردد. شکل شماره(2) مقادیر شدت ـ مدت را نشان می­دهد. شایان ذکر است که برای برآورد مقادیر شدت بارش‌ها در دوره برگشت­های مختلف از توزیع گمبل استفاده شد.


 

جدول شماره 3 روابط شدت ـ مدت بارش در دوره برگشت­های مختلف(میلیمتر بردقیقه)

دوره

180-15

780-180

1080-780

1440-780

2 ساله

       

5 ساله

       

10 ساله

       

25 ساله

       

50 ساله

       

100 ساله

       

                    ماخذ:محاسبات نگارنده

 

شکل شماره 2 مقادیر شدت ـ مدت در دوره برگشت‌های مختلف

 

 

4- به منظور اجرای مرحله چهارم الگوریتم ذکر شده در بالا گام‌های شامل نسبت شدت بارندگی­ها با مدت دوام مختلف به بارندگی حداکثر روزانه، تعیین رابطه بارش یک ساعته با دوره برگشت 10 ساله و تعیین رابطه منطقه­ای بارندگی­های کوتاه مدت انجام می‌گردد:

- گام اول نسبت شدت بارندگی­ها با مدت دوام مختلف به بارندگی حداکثر روزانه

به منظور مطالعه نسبت شدت بارندگی­ها با مدت دوام مختلف به بارندگی حداکثر روزانه در حوضه فارسان از آمار بارش­های حداکثر 24 ساعته استفاده شد. حداکثر بارش 24 در حوضه فارسان 5/91 میلیمتر و متوسط حداکثر روزانه بارش 59 میلیمتر در طی دوره آماری است. نسبت مقادیر ذکر شده در حوضه در جدول شماره(4) ارئه می­گردد. علاوه بر آن، طبق شکل شماره (3) بین نسبت بارندگی حداکثر و زمان تداوم رابطه بهینه‌ای برقرار است. البته، با توجه به اهمیت زمان تمرکز در مدیریت منابع آب سطحی از بارش‌های با تداوم برابر با زمان تمرکز استفاده شده است.


 

 

 

 

جدول شماره 4 مقادیر شدت بارش در زمان تمرکز برای حوضه با اعمال ضریب بارش

زمان تداوم بارش

15

30

45

60

90

120

180

240

300

360

420

480

نسبت بارش

147/0

12/0

11/0

102/0

097/0

077/0

074/0

065/0

058/0

056/0

053/0

049/0

                                                                                                               ماخذ:محاسبات نگارنده

 

 

 

شکل شماره 3 نسبت بارش با تداوم‌های مختلف و حداکثر بارش رورانه

 


-گام دوم تعیین رابطه بارش یک ساعته با دوره برگشت 10 ساله P6010

برای محاسبه  P6010از معاله خطی دو جمله ای، بین مقادیر متوسط بارندگی روزانه در یک دوره مشاهدات وزمان رابطه‌ای لگاریتم طبیعی برقرار است. این رابطه به صورت منطقه­ای و بین چندین ایستگاه محاسبه می گردد .با توجه به این که در منطقه فقط یک ایستگاه باران سنجی ثبات موجود است؛ رابطه فوق قابل انطباق نبوده وجهت محاسبه از رابطه شماره (7)( وزیری ،1376) ارائه شده برای منطقه شماره 5 کشور (غرب کویر) استفاده گردید.

رابطه شماره(7)

 

 :بارش یک ساعته با دوره برگشت 10 سال(میلیمتر)

 :متوسط بارندگی 24 ساعته مشاهده شده در حوضه(میلیمتر)

میزان  برای حوضه بر اساس رابطه وزیری برابر رابطه شماره (8) :

 

با توجه به اینکه میزان بارش P6010 ثبت شده برای ایستگاه برابر با 5/11 میلیمتر است، روش وزیری با آمار ثبت شده حوضه اختلاف کمتری داشته، نسبت به رابطه مالک و سپاسخواه مناسب تر تشخیص داده شد.

-گام سوم تعیین رابطه منطقه­ای بارندگی­های کوتاه مدت

برای تخمین مقدار بارش با زمان دوام و دوره برگشت­های مختلف از رابطه شماره (9) ارایه شده از سوی بل(وزیری،1376) استفاده شده است.

رابطه شماره(9):

­­­­­­­­­­­­­

 

در این رابطه:

: مدت بارش(دقیقه)

: دوره برگشت(سال)

= مقادیر بارش در هر مدت در هر دوره برگشت(میلی متر)

 P6010: بارش‌های یک ساعته دوره برگشت 10 ساله

 از طریق نسبت مقدار بارش در دوره برگشت 10 ساله محاسبه می­شوند.

و از نسبت مقدار بارش یک ساعته با دوره برگشت 10 ساله محاسبه می­شود.

با توجه به اهمیت شدت­هایی برابر زمان تمرکز مقادیر فرمول بل برای زمان­های 15 دقیقه تا 15/7 ساعت محاسبه گردید. مقادیر آن به شکل رابطه شماره (10) است:

رابطه شماره(10)

 

اجزای رابطه مانند رابطه شماره(9)است.

براساس رابطه فوق می­توان مقادیر شدت­های بارش در دوره زمانی 15 دقیقه تا 15/7 ساعته و در دوره برگشت­های 2 تا 100 ساله برای حوضه محاسبه شد.

5 - برای برآورد دبی حداکثر بر اساس شدت بارش و انجام مرحله پنجم الگوریتم مقادیر شدت بارش در دوره برگشت‌های مختلف و متناسب با زمان تمرکز حوضه(7.15ساعت) محاسبه و سپس با استفاده از روابط تجربی مقادیر حداکثر دبی لحظه­ای حوضه بر آورد گردید.

جهت برآورد مقادیر ذکر شده، با استفاده از روابط ارایه شده در جدول شماره(3) برای زمان 420 دقیقه استفاده و مقادیر شدت بارش در دوره برگشت­های مختلف به شرح جدول شماره (5) برآورد شد.


 

جدول شماره 5 مقادیر شدت بارش در دوره­های بازگشت مختلف حوضه با اعمال ضریب بارش(زمان تمرکز)

دوره برگشت

2

5

10

25

50

100

شدت بارش

37/4

27/5

82/5

62/6

19/7

75/7

میزان بارش

30

2/36

6/38

6/45

6/49

4/43

مأخد:محاسبات نگارنده


برآورد سیلاب­های لحظه­ای

برآورد سیلاب لحظه ای، از مهمترین مراحل مطالعات هیدرولوژیک در احداث سازه‌های آبی، عملیات آبخیزداری و مدیریت آب­های سطحی محسوب می گردد. سیلاب لحظه ای در واقع به حد بالایی و حداکثر سیلاب در یک منطقه اطلاق می گردد که در مدت کوتاهی اتفاق افتاده، معمولاًبا حداکثر دبی همراه است. محاسبه سیلاب لحظه ای از روش‌های گوناگونی مانند هیدروگراف، تحلیل آماری داده‌ها، برآورد منطقه ای و روش­های تجربی همچون هیدروگراف مصنوعی، هیدروگراف سیل و روش­های استدلالی مانند روش مدت ـ مساحت قابل تعیین است. در حوضه مورد مطالعه به دلیل کوتاه بودن دوره آماری آب سنجی و اینکه ایستگاه آب سنجی حوضه در یکی از زیر حوضه‌های فرعی قرار دارد از روش­های تجربی استفاده گردید. از بین روش­های یاد شده، از روش مدت ـ مساحت مناسب برای برآورد دبی حداکثر استفاده شد. فرم کلی رابطه ذکر شده به شکل رابطه شماره (11) است.

 رابطه شماره (11)(علیزاده،1374)

 

 :حداکثر آبدهی متر مکعب

C :ضریب رواناب

A :مساحت بین خطوط همزمان تمرکزکیلومتر مربع

i شدت بارندگی میلی متر در ساعت

برای محاسبه حداکثر دبی لحظه ای محاسبه ضریب رواناب، مساحت بین خطوط هم زمان تمرکز و شدت بارش ها الزامی است. بدین منظور:

ضریب رواناب در حوضه

هرگاه شدت بارندگی از ظرفیت نفوذ خاک بیشتر باشد، بخشی از آب حاصله از بارندگی در سطح حوضه باقی می‌‌‌‌ماند. این آب پس از پرکردن گودی­های سطح زمین در امتداد شیب به راه می‌‌‌ افتد و از طریق رودخانه اصلی از حوضه خارج می‌­شود. به این بخش از بارندگی که می­توان مقدار آن را در رودخانه اندازه‌ ‌‌گیری کرد، رواناب سطحی می­گویند که رابطه مستقیمی بین این پارامتر و میزان بارندگی وجود دارد (علیزاده،1374). برای تعیین ضریب رواناب از جدول استدلالی مبتنی برکاربری اراضی، شیب زمین و جنس خاک استفاده شد. ضریب رواناب حوضه بر اساس روش استدلالی با در نظر گرفتن کاربری ارضی، جنس خاک و شیب برابر با 20 درصد مدنظر قرار گرفت.

مساحت بین خطوط همزمان تمرکز

برای محاسبه مساحت بین این خطوط، از رابطه تغییر یافته زمان تمرکز کرپیچ (رابطه شماره 12)استفاده گردید:

 رابطه شماره (12)

 

 

tc :که زمان تمرکز

L: طول آبراهه به کیلومتر

H :اختلاف ارتفاع به متر

بر اساس رابطه شماره(12) حوضه به هشت منطقه هم زمان تمرکز تقسیم گردید.

با استفاده از کمیت های محاسباتی بالا و فرم کلی رابطه شماره(11) میزان دبی حداکثر لحظه‌ای حوضه در دوره برگشت­های مختلف به شرح جدول شماره (6) است. قابل توجه است که شدت بارش­های استفاده شده در این رابطه مقادیر برآوردی بر اساس جدول شماره(3) است.


جدول شماره 6 مقادیر دبی لحظه‌ای در دوره برگشت­های مختلف بر اساس روش مدت ـ مساحت

(زمان تمرکز)

دوره برگشت

2

5

10

25

50

100

شدت بارش mm/hr

74/2

75/5

41/6

25/7

89/7

5/8

ارتفاع رواناب (میلی متر)

948/0

15/1

28/1

45/1

57/1

8/1

میزان دبی لحظه‌ای متر مکعب برثانیه

4/14

781/17

45/19

06/22

23

84/25

      ماخذ: محاسبات نگارنده

 

به عنوان آخرین گام آب گرفتگی سیلابدشت در دوره برگشت های مختلف مشخص می گردد. سطح سیلابدشت در دوره برگشت های رودخانه متغیر بوده، این مسأله بر حجم خسارات ناشی از سیلاب می­افزاید. برای اطلاع ازسطح سیلاب دشت در حوضه مورد مطالعه ،با استفاده از رابطه مانینگ ابعاد رودخانه تعیین گردیده است: رابطه شماره (13)(صدقی،1363):

 

 

در این رابطه:: دبی بر حسب متر مکعب       : ضریب زبری       : شیب آبراهه     : شعاع هیدرولیک   : مساحت خیس شدگی


جدول شماره 7 سطوح سیلابدشت با توجه به مقدار سیلاب در مقطع روستایی فیل آباد

دوره برگشت

2

5

10

25

50

100

میزان دبی لحظه‌ای متر مکعب

4/14

781/17

45/19

06/22

23

84/25

سطح خیس شدگی(متر مربع)

411/12

84/14

76/15

38/17

018/18

6/19

محیط خیس شدگی(متر)

24/10

24/11

54/11

174/12

42/12

9/12

         مأخذ: محاسبات نگارنده

 

براساس جدول شماره(7)سطح خیس شدگی با مقادیر دبی در دوره برگشت های مختلف دارای رابطه مستقیم است. مقادیر محاسبه شده راهبرد احتیاطی کنترل و مدیریت سیل در محدوده سیلاب دشت را که منطقه مسکونی و اقتصادی حوضه در آن قرار دارند، معین می‌کند.

بحث و پیشنهاد

درکنش بین رخداد سیل و کاربری سیلاب، دشت دارای ماهیت پویایی است. کاربرد سیلاب دشت به صورت پویا در حال تغییر است. بنابراین، می توان گفت که خسارت سیلاب دائماً با زمان تغییر می­کند و اعمال مجموعه اقدامات مدیریت بحران امری گریز ناپذیر است. مدیریت بحران شامل فرآیند پیش بینی و پیشگیری از وقوع بحران برخورد و مداخله در بحران و سالم سازی بعد از وقوع بحران است.

بارش های شدید به عنوان پتانسیل مناسب منابع آب، به ویژه در مناطقی با اقلیم خشک و نیمه خشک یک پدیده دو وجهی مناسب و خسارت آفرین مطرح است؛ به گونه ای که با شناخت و توجه به آنها از طریق ذخیره سازی در پشت دیواره سدها، تزریق آن در داخل زمین به وسیله عملیات آبخوان داری و کنترل آن با انجام عملیات آبخیزداری برکات فراوانی مانند تأمین آب مورد نیاز به ویژه در ماه­های خشک سال، جلوگیری از افت سطح ایستابی منابع آب زیر زمینی (به عنوان مهمترین منبع تأمین آب در مناطق خشک و نیمه خشک )،جلوگیری از فرسایش خاک، مدیریت حوادث غیر مترقبه، توسعه کشاورزی و به طور کلی اقتصادی را به همراه دارد.

نبود توجه به مدیریت سیلاب نیز موجب خسارات ناگواری، مانند مشکلات مربوط به تأمین منابع آب، کوتاه شدن عمر تاسیسات و سازه های آبی، فرسایش شدید منابع خاک، افزایش خسارت ناشی از رخداد سیل به زیر بناهای توسعه جوامع و در نهایت، گسترش فقر را برای ساکنان حوضه آبخیز را به همراه دارد.

حوضه فارسان با وسعت 4/273 کیلومتر مربع، در برگیرندة شهرهای باباحیدر و فارسان و روستاهای فیل آباد، عیسی‌آباد، ده‌چشمه، گوجان، سپیدانه، امیدآباد، هیرگان و چویین با جمعیتی برابر با 60000 نفر، تراکم جمعیت 219 نفردر هرکیلومتر مربع و داده­­های شدت و مدت بارش و دبی آن و همچنین با توجه به مشخصات هیدرومورفیک و هیدروکلیماتولوژی، از توان نسبتاً بالایی در زمینه منابع آب، آبخیزداری، ذخیره سازی آب، اقتصاد مبتنی برکشاورزی و خطرات سیل خیزی و فرسایش بالا برخوردار است.

بنابراین با توجه به مباحث ذکر شده موارد زیر جهت اعمال مدیریت بحران پیشنهاد می‌گردد:

  • توسعه و تقویت پوشش گیاهی حوضه به ویژه در ارتفاعات؛
  • حداث سد خاکی به منظور ذخیره سازی منابع آب و کنترل سیل؛
  • در نظر گرفتن حریم رودخانه با توجه به میزان آبگرفتگی سیلاب دشت و تعیین کاربری ارضی متناسب با آن؛ به گونه ای که از استقرار اماکن مسکونی در محدوده های سیلاب دشت که خطر آبگرفتگی دارند جلوگیری شود یا اینکه در کاربری کشاورزی از ایجاد باغ­ها در محدوده دوره برگشت 10 ساله امتناع ورزند؛
  • برای طرح های ساماندهی رودخانه و ساحل سازی آن با توجه به شکل استقرار سکونتگاه­ها و اراضی مناسب کشاورزی در حاشیه رودخانه بر اساس ابعاد سیلابدشت محاسباتی مانینگ؛
  • ساماندهی مسیل های ورودی به مناطق روستایی و شهری با توجه به خصوصیات ژئومورفیک حوضه، از مهمترین الزامات مدیریت محیط و منابع آب با توجه به شاخص رگبارهای منفرد و بارش های سنگین در حوضه است.


[1] chow

[2] sherman

[3] Murray  ,G.&G.Rao

[4]  Truple

[5] Bell

7-Gumbel

 
1- استانداری خراسان رضوی، (1387)، مدیریت بحران حوادث غیر مترقبه، پورتال وزارت کشور.
2- رجایی، عبدالحمید، (1382)، کاربرد جغرافیای طبیعی در برنامه ریزی شهری و روستایی، انتشارات سمت.
3- سازمان نقشه برداری کشور، نقشه با مقیاس 50000/1  بابا حیدر.
4- سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، (1380)، راهنمای مهار سیلاب رودخانه، نشریه شماره 242.
5- شرکت سهامی آب منطقه چهارمحال و بختیاری، (1386)، داده های آب سنجی وباران سنجی استان.
6- صدقی، حسین،(1363)، اصول هیدرولوژی مهندسی، دانشگاه شهید چمران.
7- طاهری، محمد طاهر و مصطفی بزرگ زاده، (1374)، سیلابهای شهری، وزارت مسکن و شهرسازی
8- علیزاده، امین، (1374)، اصول هیدرولوژی کاربردی، آستان قدس رضوی
9- علیزاده، امین، (1372)، روابط شدت ـ مدت ـ تناوب بارندگی در مشهد، نیوار، شماره17 تا 20.
10- غیور، حسنعلی، (1371)، پیش­بینی سیلاب در مناطق مرطوب، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی،  شماره 25.
11- قهرمان، ب، (1366)، تخمین روابط شدت ـ مدت ـ تناوب بارندگی در نقاط مختلف ایران، پایان نامه فوق لیسانس، بخش آبیاری، دانشگاه شیراز، دانشکده کشاورزی.
12- قهرمان ،بیژن و حمزه صابری، (1382)، استخراج دسته منحنی های شدت ـ مدت ـ فراوانی ـ مساحت مناطق جنوبی ایران، نیوار، شماره،48و49.
13- قهرمان، بیژن و ع.ر. سپاسخواه، (1369)، تخمین باران یک ساعته ده ساله برای تعیین روابط شدت ـ مدت- تناوب بارندگی در ایران، کنگره بین المللی مهندسی راه و ساختمان ایران، دانشکده شیراز.
14- وزیری، فریبرز، (1376)، هیدرولوژی کاربردی در ایران، جلد (1)، خواجه نصیرالدین.
15-. Bell,F,1961,Rain fall depth – duration – Ferqunency maps for south wales, Bulletion No, &, WRFA.
16- Chow.V.T.Frequncey analysis of hydroloyic data with special application.Hcimos Enj.EXP.stm.Bual.sel.No 414(1953).
17. Gumbel, E.G,Statiticuls of extremes. 1958.
18. Hershfiled,D.1962.Anemperical comparison of the predictive. Values of 3 extreme value procedures, Geophys.Res,97.
19-Murray,G.&G.Rao,1978,Computer methods for rainfall intensity-duration-frequency relationships.Int.Symp.on Urban Storm Water Manag.Lexington,Kentucky.
20- Sherman.C.W,Ferquncly and limativy of excessive Eamillus at.Boston. Teams.A.m.sac.cir-Emy pp.Val.43 (1931).
21- Truple,J.1959.Relationships between internsitics of short duration fall. Hydraulic Res.Inst. Report Prayue.
22-World Meteorological Organization(WMO),1969,Manual for Deth-Area-Duration Analysis of Storm Precipitation,No.237.