نوع مقاله : مروری
نویسندگان
1 استاد دانشگاه تبریز
2 سایر
3 شرکت آب منطقه ای آذربایجان
4 استادیار دانشگاه تبریز
5 اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری آذربایجان شرقی
چکیده
چکیده
تغییرات کاربری و پوشش اراضی تأثیر مستقیمی بر تغییر رژیم هیدرولوژیکی حوضه دارد. به عبارتی می‌تواند با افزایش سطوح زمینهای بایر و کاربریهای مشابه آن باعث سیلخیزی حوضه شده، با افزایش سطوح کاربری باغ و کاربریهای مشابه آن باعث مصرف و نفوذ بیشتر آب شود و بر کاهش دبی، نقش موثری داشته باشد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر تغییرات بهوجود آمده در کاربری و پوشش اراضی حوضه آبریز سد علویان در بازه زمانی 2013-1987، بر روی سیلخیزی حوضه و دبی رواناب است و بدین منظور ابتدا با استفاده از نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک که نشان از حساس بودن منطقه دارد و نقشه کاربری و پوشش اراضی مربوط به دورههای زمانی 1987، 2000 و 2013 شماره منحنی (CN) منطقه برای هر دوره زمانی به دست آوردیم و سپس با استفاده از این نقشه‌ها، میزان نگهداشت خاک (S) را محاسبه کردیم و در نهایت میزان رواناب حاصل از شبیهسازی بارش 100 میلی‌متری از طریق مدلSCS برآورد گردید که نتیجه حاکی از افزایش رواناب یا به عبارتی سیلخیز شدن حوضه بر اثر تغییر کاربری و پوشش اراضی است. با توجه به وجود رابطه بین بارش و دبی در بازههای زمانی تعیین شده، تغییر کاربری باغ به عنوان یکی از عوامل موثر در کاهش دبی مورد بررسی قرار گرفت و بعد از جداسازی جریان پایه و جریان حاصل از ذوب برف با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای مودیس از دبی کل، بقیه دبی بهعنوان دبی حاصل از بارش در نظر گرفته شد. نتیجه حاصل از تحلیل کوواریانس نشان داد که افزایش در مساحت کاربری باغ باعث کاهش رابطه بین بارش و دبی حاصل از آن در حوضه آبریز سد علویان شده است.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Investigation Effects of Landuse and Land Cover Changes on Flooding and Runoff Disc Harge (Case Study: Alavyan Dam Basin)
چکیده [English]
Landuse and land cover changes have direct effect on hydrological regime of basin.Iincreasing bare lands and similar landuses make flooding and increasing of orghard landuse area has effective role on reduce of runoff discharge. In this study using of soil hydrolic group map that indicat sensitive lands, and landuse map of 1987, 2000, and 2013 periodes curve number (CN) map of study area was extracted and then using of this map amunt of soil water retention was calculated and finally the rate of runoff from simulated 100 mm rainfall was estimated bye SCS model. The results indicate an increase in runoff or in other words, inceasing flooding rate of basin because of landuse and land cover changes. According to existence of the relationship between rainfall and runoff discharge at specified intervals, landuse change to orchard development as one of the effective factors on decrease of runoff rate was studied,then after of separation of base flow and flow from snowmelt of the entire flow using MODIS satellite images processing, the residual flow was considered as the discharge of rainfall. the result of analysis of covariance indicated that increasing of orchard area reduce the relationship between rainfall and discharge from it.
کلیدواژه‌ها [English]
- SCS model
- Curve Number
- Effect Land Use
- Covariance analysis
- Flooding
مقدمه
سیلابها در طول تاریخ رایج‌ترین، مرگبارترین و پرهزینه‌ترین خطر در میان مخاطرات طبیعی بوده‌اند. خطر وقوع سـیل در طی زمان افزایش یافته است (کوسکی، 2008: 61)، به‌ویژه از زمانی که کشورها اجازه تغییر در کاربریها و پوششهای زمینی را در حوضه‌ها و دشتهای سیلابی صادر کردهاند. در ایـران نیـز مانند سایر مناطق سیلخیز دنیا در دهههای اخیر، شدت وقوع سیلابهـا و میـزان خسـارتهـای ناشـی از آن در حد چشمگیری افزایش یافته است (سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، 1380: 6- 7).
کاربری و پوشش اراضی به علت تأثیر در نفوذ و فرسایش و تبخیر و تعرق نقش مهمی در تولید رواناب دارند. در مدل‌های هیدرولوژیکی و توزیعی[1]، کاربری و پوشش اراضی یکی از داده‌های اصلی است و استخراج آنها در داخل حوضه نیز نقش بسزایی در اجرای این مدل‌ها دارند (ملسی و شیح، 2002: 174). ویژگیهای اولیه حوضه‌ها با توجه به خصوصیات خاک و پوشش اراضی و توپوگرافی در شکل فرایندهای بارش-رواناب و فرسایش، باعث تغییرات هیدرولوژیکی حوضه‌ها می‌شوند. ویژگیهای خاک و توپوگرافی در یک مقیاس کوچک در حوضه اتفاق می‌افتد ولی تغییر در پاسخ هیدرولوژیکی یک حوضه آبریز بستگی به تغییر در نوع و توزیع کاربری و پوشش اراضی دارد (میلر و همکاران، 2002: 916) و این امر ممکن است باعث تغییر در فراوانی و شدت سیلاب، جریان پایه و میانگین دبی سالانه شود (لی و همکاران، 2009: 35). تحقیقاتی که در خصوص با تأثیر تغییر کاربری و پوشش اراضی بر روی ویژگیهای هیدرولوژیک رودخانه‌ها انجام گرفته است، تأثیر آشکار آنها را در تغییر میزان رواناب و جریان رودخانه‌ها به اثبات رسانده است. از بین تحقیقات انجام گرفته در این مورد می‌توان به پژوهش‌های سوان و راکامتون (1994)، ونگ (2001)، وگحنکل (2003)، بیکت و استرک (2005)، برخورداری و خسروشاهی (1386)، گیو و همکاران (2008)، بای و همکاران (2009)؛ نای و همکاران (2011)؛ آیسیک و همکاران (2013)؛ کیو و همکاران (2013)؛ چن و همکاران (2014) و کستیلو و گونرالپ (2014) به عنوان نمونه اشاره کرد که هر کدام به نوعی با استفاده از روشهای هیدرولوژی و آماری تاثیر تغییرات کاربری و پوشش زمین را بر رواناب، الگوی جریان رودخانه و تعادل آب حوضه اثبات کرده است.
برای تعیین میزان تأثیر تغییرات کاربری و پوشش اراضی در رواناب می‌توان از روش SCS[2] استفاده کرد و همچنین برای توزیع آن در سطح منطقه نیز می‌توان از تکنیکهای GIS[3] بهره برد. سازمان حفاظت خاک امریکا (1973: 17) روشی را برای تخمین رواناب از اطلاعات بارندگی، نوع کاربری و پوشش زمین و بافت خاک پیشنهاد کرده است. از بین روشهای شبکه عصبی مصنوعی و هیدروگراف واحد، روش SCS پرکاربردترین و همچنین انعطاف‌پذیرترین روش شناخته شده است و همبستگی خوبی بین مقادیر مشاهده شده و تخمین زده شده در این روش وجود دارد (نایاک و جایساوا، 2003: 47). این روش در حوضه‌های آبریز فاقد آمار دبی رواناب، به کار می‌رود (ملسی و شیح، 2002: 175؛ گتنت و همکاران 2014: 108). البته در تحقیق حاضر برای بررسی تأثیر تغییرات کاربری و پوشش اراضی بر میزان تغییر رواناب از این روش استفاده کردهایم. لذا از بارش سالانه (شبیهسازی شده) به عنوان ورودی بارش در مدل استفاده شد (علیزاده، 1388: 523). همچنین هدف از مطالعه حاضر علاوه بر بررسی تأثیر تغییرات کاربری و پوشش اراضی بر میزان رواناب حوضه که ممکن است باعث سیلخیزی در منطقه شود، بررسی میزان تأثیر تغییر کاربری باغ که افزایش چشمگیری در بازههای زمانی 1987-2000 و 2000-2013 در منطقه داشته است، بر کاهش دبی رودخانه صوفی چای در بالادست حوضه است. از این رو در سالهای مورد بررسی برای تاثیر تغییر کاربری و پوشش اراضی بر دبی رودخانه صوفی چای، میزان آب حاصل از بارش، ذوب برف و جریان پایه مورد بررسی کردیم زیرا مـصرف زیاد آب در بالادست حوضه بر تأمین آب مورد نیاز شـبکه‌های آبیاری مدرن و نـیمهمدرن توسعهیافته در پایین‌دست حوضه اثر سوء گذاشته و باعث هدر رفت سرمایهگذاریهای انجام یافته میشود. از طرف دیگر تغییر کاربری و پوشش اراضی در بالادست حوضه سد و تأثیر این تغییرات بر سیلخیز بودن منطقه می‌تواند آسیب جدی بر مخزن سد به علت ورود رسوب اضافی، وارد کند و بدین طریق باعث کم شدن عمر مفید سد شود.
مواد و روش
منطقه مورد مطالعه، واقع در شهرستان مراغه، در قسمت جنوب غربی استان آذربایجان شرقی قرار دارد. این محدوده یکی از زیرحوضه‌های صوفی چای (از زیر حوضه‌های دریاچه ارومیه) در بالادست سد علویان با موقعیت جغرافیایی ″30 ′12 ◦46 تا ′27 ◦46 شرقی و ″30 ′25 ◦37 تا ″05 ′45 ◦37 شمالی، شامل مساحتی حدود 313 کیلومتر مربع و محدوده ارتفاعی بین 3427 – 1525 متر است. شکل شماره 1 موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان میدهد.
شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضه سد علویان و ایستگاههای مورد استفاده
مواد و ابزارهای مورد استفاده در تحقیق حاضر عبارت است از: تصاویر ماهواره‌ای لندست 5 و 7 (به ترتیب TM[4] و [5]ETM+) و لندست 8 [6](OLI & TIRS)به ترتیب مربوط به 16 جولای سال 1987، 14 جولای سال2000 ،10 جولای سال 2013 و تصاویر مودیس سنجنده اکوا[7] مربوط به فصل بهار سالهای 2000 و 2012، همچنین داده‌های زمینی ایستگاه هیدرومتری تازهکند (داده‌های دبی) و ایستگاه سینوپتیک مراغه (داده‌های بارش و دما) به صورت روزانه مربوط به فصل بهار، تابستان و ماه آبان در بازه زمانی تصاویر مودیس مورد استفاده، نرمافزار ENVI4.8 برای تصحیح تصاویر، همچنین طبقه‌بندی تصاویر لندست و استخراج مساحت برف موجود در منطقه، نرمافزار Arc GIS برای مدل‌سازی و تشکیل پایگاه داده و دستگاه GPS برای برداشت مکانی نقاط تعلیمی.
برای انـجام تصحیح رادیومتریک تـصویر لندست 8، روش پیشنهادیUSGS EROS[8]در محیطBand Math نرمافزار ENVIبرنامه نویسی شد ولی برای تصحیح رادیومتریک دو تصویر دیگر از فایل مرجع[9] تصویر و برنامه آماده نرمافزار ذکر شده، استفاده شد. در تصحیح اتمسفری تصاویر به دلیل وجود منابع آبی در حوضه از روش کاهش عددی پیکسل‌ها (لیانگ و ممبر، 2001: 2490) بهره بردیم. برای تصحیح هندسی در تحقیق حاضر از تصاویر اسپات 2005 و روش تثبیت هندسی[10] تصویر به تصویر را به کار گرفتیم. سپس هر سه تصویر مورد استفاده با مبنا قرار دادن تصویر لندست 8 نسبت به هم تثبیت هندسی شدند. در این تصحیح تقاطع جاده‌ها بهعنوان نقاط آموزشی به تعداد 15 نقطه برای تصحیح انتخاب و برای نمونه‌گیری مجدد از روش نزدیک‌ترین همسایگی[11] استفاده کردیم و تصاویر را به ترتیب سال تولید با خطای جذر میانگین مربعات [12]44/0، 45/0 و 40/0پیکسل تصحیح کردیم. برای از بین بردن تأثیر عامل توپوگرافی در نتیجه تفاوت در زاویه انرژی رسیده به سطح کوهستان از روش Lambertian Reflectance Mode (کلبای، 1991: 537-531) استفاده بردیم.
برای طبقه بندی تصاویر از روش نظارت شده ناپارامتریک ماشین بردار پشتیبان[13] استفاده کردیم. این روش طبقه‌بندی کننده به‌صورت باینری عمل کرده و دو کلاس را با استفاده از یک فرا صفحه[14] از هم جدا می‌کند. به طور کلی در این تحقیق از روش نظارت شده ناپارامتریک پیکسل پایه به دلیل دقت زیاد آن در طبقه‌بندی (واپنیک، 1999: 139 ؛مانترو و همکاران، 2005: 560؛ اندریانی، 1393) بهره بردیم.
در تحقیق حاضر برای برآورد ارتفاع رواناب روش SCS و رابطه (1) را به کار گرفتیم.
|
رابطه (1)
|
|
در رابطه مذکور Q: رواناب بر حسب میلی‌متر مکعب،P : میزان بارش بر حسب میلی‌متر (در تحقیق حاضر به جای پارامتر بارش از عدد شبیه سازی شده 100 میلی متری، استفاده شد) و S: عامل مربوط به نگهداشت آب در سطح زمین می‌باشد و با احتساب تلفات اولیه (2/0)، برای سیستم متریک از رابطه (2) قابل محاسبه می‌باشد.
|
رابطه (2) |
در رابطه مذکور پارامتر [15]CN عبارت است از شماره منحنی و عددی بی‌بعد می‌باشد. دامنه عددی این پارامتر بین 100 – 0 متغیر است، طوری که در عدد 100 تمام باران تبدیل به رواناب شده مثل مخزن آب و در عدد صفر روانابی تشکیل نمی‌شود؛ به عبارت دیگر چنین چیزی با توجه به رابطه مذکور تعریف نشده است. شماره منحنی بر اساس جدول ارائه شده از طرف سازمان حفاظت خاک امریکا که با مدنظر قرار دادن کاربری و پوشش زمین و گروه هیدرولوژی خاک به دست آمده است؛ تعیین میشود (سازمان حفاظت خاک امریکا، 1973: 6). .در تحقیق حاضر لایه گروه‌های هیدرولوژیکی خاک (لازم به ذکر است که بالادست حوضه توسط «مهندسان مشاور آب اندیشان آذر (1385)» تولید شده بود) با استفاده از لایه‌های شیب، لیتولوژی و کاربری و پوشش اراضی منطقه مورد مطالعه و همچنین با بررسی بصری نقشه گروه هیدرولوژیکی تهیه شده در بالادست حوضه و تجربیات به دست آمده، تهیه گردید.
برای مشخص کردن میانگین وزنی شماره منحنی، از رابطه (3) استفاده کردیم (هالواتورا و نجیم، 2013: 157).
|
رابطه (3) |
در رابطه مذکور : :شماره منحنی مربوط به هر پلیگون، :مساحت مربوط به هر پلیگون و مساحت کل حوضه است.
در ادامه کار به جداسازی جریان پایه، دبی حاصل از ذوب برف و دبی حاصل از بارش از دبی مشاهداتی پرداختیم. با توجه به گزارش کارشناسان سازمان آب، از نیمه فروردین ماه تا نیمه شهریور ماه همچنین از اواخر مهرماه تا اواخر آبان ماه فصل آبیاری این منطقه است. لذا داده‌های روزانه بارش و دبی سال آبی 79-78 و 91-90 به‌صورت روزانه مورد بررسی قرار گرفت (به دلیل عدم تصویر از لحاظ تفکیک زمانی در سال 65-64، از بررسی این دوره زمانی صرفنظر شد) و از میزان دبی حاصل (مشاهداتی)، مقدار آب حاصل از ذوب برف و جریان پایه کم شد. با توجه به این که دبی مشاهداتی به عنوان دبی کل در نظر گرفته میشود به عبارت دیگر دبی کل متشکل از جریان پایه، دبی حاصل از ذوب برف و دبی حاصل از بارش می‌باشد، لذا در تحقیق حاضر به جداسازی دبی‌های نامبرده پرداختیم تا بتوانیم کاهش دبی حاصل از بارش را که بر اثر توسعه باغها ایجاد شده بررسی کنیم.
برای جداسازی جریان پایه در بازههای زمانی مورد استفاده برای استخراج کاربری و پوشش اراضی، از میانگین دبی روزانه مشاهداتی در فصل تابستان استفاده کردیم. از آنجا که تغییرات کاربری ممکن است بر میزان تغذیه و پایداری منابع زیرزمینی تأثیر داشته باشد، علاقه به برآورد میزان تغذیه آب زیرزمینی در سالهای اخیر افزایش یافته است. تجزیه و تحلیل آبنمود جریان در ایستگاههای آب‌سنجی می‌تواند برآوردهایی از تغذیه آب زیرزمینی را ارائه کند. اگر چه مقدار جریان پایه را نمی‌توان به‌طور دقیق به همان مقدار تغذیه نسبت داد هنگامی که جریان پایه معرف دبی آب زیرزمینی فرض شود، دبی آب زیرزمینی تا حدودی برابر با تغذیه است (سمیعی و تلوری، 1390: 71). البته در صورت کم بودن اختلاف بین مقدار تلفات و انتقال آب زیرزمینی، جریان پایه را می‌توان تقریب مناسبی از تغذیه دانست (رایسر و همکاران 2005: 1331).
میزان ذوب برف تابع پیچیده‌ای از خصوصیات فیزیکی برف و مقدار انرژی حرارتی موجود است. در مطالعه حاضر برای محاسبه مقدار ذوب برف بر اثر دما از رابطه زیر استفاده کردیم (علیزاده، 1388 :177).
|
رابطه (4) |
در رابطه مذکورریال M: ارتفاع آب حاصله از ذوب برف از سطح حوضه بر حسب میلی‌متر در روز، K: ضریب ثابتی که مقدار متوسط آن 06/0 است و D: درجه - روز بالای صفر برای هر روز مشخص است (راهنمای کاربر در مدل ذوب برف، 2007: 12).
عامل دیگر مؤثر بر ذوب برف، ریزش باران روی آن است. گروه مهندسی ارتش امریکا برای محاسبه ذوب برف بر اثر ریزش باران فرمول زیر را ارائه نموده است (علیزاده، 1388: 178-177).
|
رابطه (5) |
در رابطه مذکور، M: ارتفاع روزانه آب حاصله از ذوب برف در اثر ریزش باران روی آن بر حسب میلی‌متر، T: متوسط درجه حرارت روزانه برحسب سانتی‌گراد، D: مقدار بارندگی روزانه بر حسب میلی‌متر است؛ به عبارت دیگر در روزهایی که بارش وجود داشته و دما نیز بالاتر از صفر بوده، هم عامل دما و هم عامل بارش در معادله مربوط در نظر گرفته شد.
لازم به ذکر است که به دلیل این که پوشش برف به‌صورت سطح محاسبه میشود و در سطح محاسبه شده هیچ‌گونه ایستگاه تبخیرسنجی یا سینوپتیکی در منطقه مورد مطالعه وجود ندارد، لازم بود که افت محیطی[16] دما (کاویانی و علیجانی، 1386: 570-570) تا ارتفاع وجودی برف، محاسبه شود و سپس در معادله‌های بالا به کار گرفته شود. برای محاسبه افت محیطی دما به ازای ارتفاع، با استفاده از تصاویر مودیس پایین‌ترین و بالاترین سطح وجودی برف و ارتفاع این سطوح را با استفاده از لایه رقومی ارتفاعی (3428-2600 متر) استخراج کردیم و میانگین آن را در نظر گرفتیم و همچنین برای ارتفاع پایه نیز ارتفاع ایستگاه مراغه (1475 متر) مورد استفاده قرار دادیم. سپس با توجه به ویژگی اقلیمی منطقه در روش دمارتن و به ازای ارتفاع و افت محیطی دمای خشک، نیمه‌خشک و مرطوب از مقدار دمای ایستگاه سینوپتیک مراغه کاسته شد.
برای پایش مؤثر مساحت سطح برف، نیاز به تصاویری با قدرت تفکیک مکانی و زمانی مناسب است. با توجه به این که این دو مقوله مهم در یک جا جمع نمی‌شود، با توجه به هدف مطالعه، از تصاویر مودیس با تفکیک زمانی عالی (روزانه) ولی با تفکیک مکانی پایین‌تر (در باندهای مورد استفاده 500 متر) استفاده کردیم.
بدین منظور از باندهای 4 و 6 سنجنده ترا از ماهواره مودیس به ترتیب با طول موجهای 0.545–0.565) و 1.628 –1.65 میکرومتر) و شاخص NDSI[17] مورد استفاده قرار گرفته است (هال و همکاران، 1995: 140-127؛ جاین و همکاران، 2012: 5؛ پاراجکا و بلسوچی، 2012: 188).
شاخص تفاضل برف نرمال شده در تصاویر ماهواره‌ای مودیس از رابطه زیر محاسبه شد:
|
رابطه (6) |
در رابطه فوق باند 4 و 6 به ترتیب باند مرئی و باند مادون قرمز موج کوتاه می‌باشد که به علت انعکاس بیشتر برف در باند مرئی و جذب بیشتر آن در باند مادون قرمز کوتاه این باندها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یافتههای تحقیق
نتایج حاصل از استخراج کاربری و پوشش اراضی از تصاویر ماهواره‌ای لندست با روش ماشین بردار پشتیبان برای سه بازه زمانی 1987، 2000 و 2013 در جدول شماره 1 و درصد مساحت در شکل 2 نشان داده شده است. جهت تحلیل تغییر کلاس‌ها نسبت به همدیگر، سطح دو کاربری و پوشش اراضی در نظر گرفته شده است.
جدول (1) مساحت کاربریها به ترتیب سال در سطح دو ( در واحد هکتار)
|
|
آب |
باغ |
بایر |
دیم |
مرتع درجه1 |
مرتع درجه2 |
مرتع درجه 3 |
جمع |
|
1987 |
- |
95/1351 |
22/536 |
39/1826 |
76/5330 |
95/12930 |
81/9325 |
*31223 |
|
2000 |
135 |
11/1334 |
91/4486 |
8/953 |
33/3985 |
87/7639 |
85/12689 |
31223 |
|
2013 |
8/188 |
13/1645 |
15/6121 |
82/1169 |
96/4683 |
13/5676 |
11740 |
31223 |
* به دلیل عدم تغییر کاربری مسکونی در بازه زمانی ذکر شده از ذکر این کلاس خودداری شده و به میزان 77 هکتار از مساحت کل کم شده است (در محاسبه درصد مساحت، مساحت کل منطقه(31300 هکتار) در نظر گرفته شده است).
جدول فوق تغییرات قابل توجهی را در هر کدام از کاربری و پوششها نشان میدهد. لازم به ذکر است که علت کاهش کاربری باغ در سال 2000 بیشتر به دلیل آبگیری مخزن سد علویان و از بین رفتن اراضی و باغات واقع در آن است.
شکل (2) نمودار مقایسه درصد پوشش کاربری و پوشش اراضی در سطح دو
شکل شماره 3، نقشه گروه‌های هیدرولوژیکی خاک، ویژگی هر گروه و درصد مساحت هریک از گروهها را در منطقه مورد مطالعه نشان میدهد
شکل (3) گروه هیدرولوژیکی خاک در منطقه مورد مطالعه
با توجه به شکل شماره 3 بیشترین درصد مساحت حوضه جزو گروه هیدرولوژیکC می‌باشد و همچنین درصد نسبتاً زیادی نیز در گروه هیدرولوژیکی D قرار گرفته است که این مسئله در صورت وجود بارش زیاد باعث وقوع سیل در حوضه میشود لذا در بهره‌برداری از این حوضه بایست از راهکارهای مدیریتی مطلوب استفاده گردد.
جدول شماره 2 میانگین وزنی شماره‌های منحنی که با استفاده از لایه گروه‌های هیدرولوژیکی خاک و لایه‌های کاربری و پوشش اراضی، همچنین میانگین وزنی لایه‌های نگهداشت سطحی خاک تهیه شده با استفاده از لایه‌های شماره منحنی در بازههای مورد استفاده، را نشان میدهد.
جدول (2) میانگین وزنی شماره منحنی و نگهداشت آب در زمانهای مورد بررسی
|
سال |
میانگین وزنی شماره منحنی |
میانگین وزنی نگهداشت سطحی |
|
1987 |
46/81 |
26/59 |
|
2000 |
8/83 |
88/50 |
|
2013 |
1/84 |
05/50 |
جدول شماره 2 نشان میدهد که از سال 1987 تا 2013 رفته رفته بر میانگین وزنی شماره منحنی افزوده شده البته این افزایش در بازه زمانی اول نسبت به بازه زمانی دوم بسیار زیادتر بوده است. این تغییر تفاوت در بازه‌ها می‌تواند ناشی از مساحت کم زمینهای بایر در سال 1987 و افزایش زیاد آن تا سال 2000 باشد، ولی در بازه دوم با وجود افزایش در مساحت زمینهای بایر بر میزان مساحت درختکاری نیز افزوده شده است.
این مسأله کاملاً بدیهی است که افزایش شماره منحنی باعث کاهش نگهداشت آب در خاک شده و بارش ایجاد شده زودتر به رواناب تبدیل میشود. در این حوضه نیز در سالهای بررسی شده در تحقیق حاضر رفتهرفته بر میزان شماره منحنی افزوده شده و از میزان نگهداشت آب در سطح حوضه کاسته میشود. شکل شماره 4 ارتفاع رواناب حاصل از لایه‌های نگهداشت خاک و بارش شبیهسازی شده 100 میلی‌متری را نشان میدهد.
شکل (4) ارتفاع رواناب حوضه با استفاده از روشSCS برحسب میلی‌متر در بارش شبیهسازی شده 100 میلی‌متر (به ترتیب از چپ به راست مربوط به سالهای 1987 ،2000 و 2013 برحسب میلی‌متر)
جدول(3) حجم کل رواناب حوضه بر حسب میلیون مترمکعب با بارش شبیهسازی شده 100 میلی‌متر
|
سال |
حجم رواناب(میلیون مترمکعب) |
|
1987 |
03/17 |
|
2000 |
63/18 |
|
2013 |
84/18 |
در بارش شبیهسازی شده 100 میلی‌متر حجم رواناب حاصل از آن از سال 1987 تا 2013 افزوده شده است (جدول شماره 3). البته ذکر این مطلب ضروری است که مقدار به دست آمده به‌صورت رواناب بالقوه می‌باشد. جدول شماره 1 نشاندهنده افزایش حجم رواناب حوضه در بازه زمانی مورد بررسی می‌باشد، هرچند در فاصله بین 2000 و 2013 حجم رواناب حاصل از بارش 100 میلی‌متری تقریباً یکسان است. جدول شماره 1 نشان میدهد در فاصله بین 2000 و 2013 کلاس بایر 1500 هکتار افزایش یافته است در حالی که با بررسی دوباره همین جدول می‌توان نتیجه گرفت هرچند کلاس اراضی بایر افزایش یافته است ولی در مقابل کلاس‌های باغ و مرتع درجه 1 نیز افزایش یافته است. افزایش این دو کلاس می‌تواند هم باعث مصرف بیشتر و هم باعث تسهیل در نفوذپذیری آب شود. لذا در بارش شبیهسازی شده یکسان، چندان تغییری در حجم رواناب مشاهده نمی‌شود. به همین علت نیاز به بررسی تغییر رابطه بین بارش و دبی حاصل از آن نتیجه تغییر کاربری است. لذا برای پی بردن به این مسأله بازه زمانی مورد مطالعه در عنصر بارش و جریان رودخانه (سی سال) به سه قسمت تقسیم کردیم و از بازه اول به عنوان منبعی برای بررسی رابطه بین بارش و دبی برای بازههای دیگر استفاده کردیم (جدول شماره 4). نتیجه حاکی از ایجاد تغییر بین عنصر بارش و دبی بوده است (شکل شماره 5).
جدول (4) میزان همبستگی و معادله خطی بین بارش ایستگاه سینوپتیک مراغه و ایستگاه هیدرومتری تازهکند
|
بازه زمانی |
درصد همبستگی |
ضریب تبیین |
معادله خطی |
|
71- 61 |
83 |
70/0 |
y =0101/0x + 6658/0 |
|
81-71 |
78 |
60/0 |
y =01156/0x + 2606/0 |
|
91-81 |
81 |
67/0 |
y =0067/0x + 7789/0 |
با توجه به جدول شماره 4 دهههای دوم و سوم با دهه اول بازه زمانی 1391-1361 (سال آبی) همخوانی ندارد که این مسأله با اعمال رابطه خطی دهه اول و پیشبینی آن در دهههای بعدی در شکل شماره 5 تأیید میشود.
شکل (5) نمودار برآورد دبی بیست ساله در ایستگاه تازهکند با استفاده از رفتار دبی و بارش در ده سال اول دوره آماری
بررسی شکل بالا نشان میدهد که رفـتار دبی متوسط نسبت به بارش سالانـه در دهههای اخیر مشابه با دهه اول دوره آماری مورد مـطالعه نیست. به عنوان نـمونه بارش در سال 89- 88 تـقریباً به ارتفاع سال آماری 67 – 66 است ولی دبی حاصل از آن تـقریباً کمتر از دو سـوم دبی حاصـل از بارش سال 67 – 66 است.
مقدار آب حاصل از ذوب برف به‌وسیله تصاویر مودیس و روابط موجود استخراج کرده، و مشاهده است که در منطقه مورد مطالعه تقریباً تا بیستم اردیبهشت پوشش برف وجود دارد. هر چند به‌احتمال زیاد پوشش نازک و کم وسعتی از برف در بعضی از دامنه‌های منطقه باشد به دلیل تفکیک مکانی تصویر مودیس قابل مشاهده نیست. وسعت برف در سالهای 2000 و 2013 در جدول شماره 5 قابل مشاهده است.
جدول (5) وسعت برف موجود در منطقه در واحد هکتار
|
سال |
فروردین 2000 |
اردیبهشت 2000 |
فروردین 2012 |
اردیبهشت2013 |
|
وسعت برف |
2200 |
175 |
4175 |
1125 |
علاوه بر آب حاصل از ذوب برف در منطقه، جریان پایه نیز از دبی کل کسر شده است. برای محاسبه جریان پایه نیز، از میانگین دبی در فصل تابستان استفاده کردیم. شکل شماره 6 میزان دبی پایه، دبی حاصل از ذوب برف، دبی حاصل از بارش و دبی کل (دبی مشاهداتی) در سالهای 2000 و 2013 را نشان میدهد.
شکل (6) نمودارهای حاصل از دبی ذوب، دبی بارش با کسر جریان پایه و دبی کل (نمودار سمت چپ بالا: دبی و بارش فروردین 2000، نمودار سمت راست بالا: دبی و بارش اردیبهشت 2000، نمودار سمت راست پایین: دبی و بارش فروردین 2012، نمودار سمت راست پایین: دبی و بارش اردیبهشت 2012)
نمودارهای بالا با کسر دبی حاصل از ذوب برف و جریان پایه به دست آمدهاند که دبی پایه برای سال 2000 به میزان 7/0 و برای سال 2013 به میزان 83/0 به دست آمده است. این تغییر در میزان دبی پایه و نیز نتیجه جدول 5 (تغییر در مساحت برف در منطقه) دلیلی دیگر بر خشکسالی سال 2000 است. همچنین بعد از اتمام پوشش برف در منطقه فقط دبی پایه از دبی مشاهداتی کسر شده است.
برای بررسی تأثیر درختان تازه کاشتهشده بر دبی مشاهداتی ابتدا بین بارش و دبی حاصل از بارش تحلیل کوواریانس در سالهای 2000 و 2012 صورت گرفت. جدول شماره 6 نتیجه این تحلیل را نشان میدهد.
جدول (6) رابطه بین بارش و دبی حاصل از بارش در فصول آبیاری در منطقه مورد مطالعه
|
سال |
2000 |
2012 |
|
تحلیل کوواریانس |
96/0 |
28/0 |
جدول شماره 6 نشان میدهد که در رابطه بین بارش و دبی حاصل از آن در سالهای مورد بررسی اختلاف بسیار زیادی به وجود آمده است. برای این که تأثیر درختان تازه کاشته شده در ایجاد این اختلاف مشخص شود، میزان مصرف 310 هکتار (جدول شماره 1) زمین باغی به روزهای فصل آبیاری اضافه شده است. طبق اعلام کارشناسان سازمان آب منطقه‌ای آذربایجان شرقی این مقدار وسعت باغ، 9/3 میلیون مترمکعب آب در سال مصرف می‌کند (با توجه به این که نوع آبیاری در منطقه مورد مطالعه کاملاً از نوع سنتی است). مصرف اعلام شده از طرف سازمان آب به دبی تبدیل شد و به دبی مشاهداتی سال 2012 به اندازه 24/0 اضافه شد. سپس دبی حاصل از ذوب برف و دبی پایه از آن کسر شد و دوباره تحلیل کوواریانس بین بارش و دبی حاصل از آن صورت گرفت. نتیجه حاصل از رابطه تغییرات این دو از مقدار 28/0 به 42/0 رسید. این نتیجه نشان میدهد کاشت درختان و تغییر کاربری در این منطقه در کاهش میزان دبی بی‌تأثیر نبوده است زیرا با افزودن میزان مصرف درختان تازه کاشته شده، 14/0 بر رابطه بین بارش و دبی حاصل از آن افزوده شده است. هرچند مانند سال 2000 رابطه بسیار قوی بین این دو پارامتر به وجود نمی‌آید، ولی تأثیر زیادی بر کاهش دبی گذاشته است. از عوامل دیگر مؤثر در کاهش دبی این منطقه وجود روند منفی در عنصر بارش و روند مثبت معنی‌دار در عنصر دما می‌تواند باشد (اندریانی،1393 :132). بنابراین می‌توان گفت عوامل طبیعی و انسانی دست در دست هم داده، باعث کاهش دبی در منطقه مورد مطالعه شدهاند.
نتیجهگیری
با بررسی نتایج حاصل از تحلیل آماری تغییرات می‌توان گفت تغییرات زیادی در همه انواع کاربری و پوشش اراضی در منطقه مورد مطالعه صورت گرفته است. برای بررسی تأثیر تغییرات کاربری و پوشش اراضی بر رژیم هیدرولوژیکی حوضه مورد مطالعه، از روش SCS استفاده کردیم. با استفاده از تکنیکهای سیستم اطلاعات جغرافیایی این مدل فرمول نویسی شد. نتایج حاصله نشان میدهد در صورت وجود بارش 24 ساعته، به علت افزایش در کاربریهایی مثل اراضی بایر، منطقه به سمت سیلخیزی گام برمی‌دارد. هرچند کاربری باغ در منطقه مورد مطالعه افزایش یافته است، میزان مساحت آن نسبت به مساحت کل منطقه آن‌قدر نیست که باعث افزایش در نفوذپذیری شده و از سیلخیزی منطقه جلوگیری کند. با توجه به این که در مطالعه حاضر در استفاده از این روش بارش شبیهسازی شده 100 میلی متر استفاده شد، مقدار حجم به دست آمده به‌صورت بالقوه ا کته در صورت وجود بارش به میزان کافی، حجم آب برآورد شده به بالفعل تبدیل میشود. همچنین به دلیل وجود روند (حتی در سطح معنی‌داری) در عناصر اقلیمی (اندریانی،1393: 133-128)، کاربری باغ بهعنوان عامل مؤثر در این کاهش و بهعنوان عامل انسانی به‌صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفت تا میزان تأثیر این نوع کاربری بر کاهش رابطه بین میزان بارش و دبی حاصل از آن مشخص شود. به عبارت دیگر چون تغییرات در عوامل طبیعی مشاهده شده بود، جداسازی میزان تأثیر کاربری باغ (عامل انسانی) بهعنوان نمونه‌ای از کاربری که باعث مصرف بیشتر آب میشود، صورت گرفت. نتایج این بررسی نشان میدهد توسعه باغها به میزان 14 درصد رابطه بین میزان بارش و دبی حاصل از آن را کاهش داده است. پس با توجه به نتایج به دست آمده از برخی ویژگیهای حوضه مورد مطالعه می‌توان گفت برای تأمین پایدار حقابه اراضی پایین‌دست حوضه (پایین‌تر از سد علویان) و استفاده بهینه از سرمایهگذاریهای انجام شده در توسعه تأسیسات مدرن و نیمهمدرن در این منطقه اتخاذ روشهای نوین مدیریتی در منطقه اجتنابناپذیر است.
[1]- Distributed
[2]- Soil Conservation Servise
[3]- Geographic Information Systems
[4]- Thematic Mapper
[5]- Enhanced Thematic Mapper Plus
[6]- Operational Land Imager&Thermal Infrared Sensor
[7]- Aqua
[8]- U.S. Geological Survey Earth Resources Observation and Science
[9]- Header File
[10]- Register
[11]- Nearest Neighbor
[13]- Suport Vector Machine
[14]- Hyperplane
[15]- Curve Number
[16]- Laps Rate
[17]- Normalized Difference Snow Index
publishing, New York.
)