استفاده از تکنیک‌های تصمیم‌گیری‌ چندمعیاره و ‌سنجش از دور در محیط GIS برای بررسی مناطق حساس به وقوع سیلاب درحوضه لیقوان چای

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه ژئومورفولوژی دانشگاه تبریز

2 دانشجوی دکتری مدیریت محیطی دانشگاه تبریز و دانش آموخته RS & GIS

3 کارشناس ارشد RS & GIS شرکت آب منطقه‌ای آذربایجان شرقی

4 کارشناس ارشد اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری آذربایجان شرقی

چکیده

چکیده
سیل به­ عنوان مخرب‌ترین پدیده طبیعی در ایران، همه ساله تلفات جانی و خسارات مالی بسیاری در نقاط مختلف کشور به­ بار می‌آورد. هدف از تحقیق حاضر تعیین مناطق حساس به وقوع سیلاب در حوضه آبریز لیقوان چای می‌باشد. برای این منظور با توجه به عوامل مؤثر در وقوع سیل، لایه‌های اطلاعاتی منطقه اعم از شیب، فاصله از آبراهه، گروه هیدرولوژیکی خاک، شماره منحنی، ارتفاع رواناب، لیتولوژی، کاربری و پوشش اراضی، تراکم آبراهه، ضریب گراویلیوس در هر یک از 23 زیرحوضه‌ موجود با توجه به بررسی نقشه‌ها، گزارش‌ها، تصاویر ماهواره‌ای و بررسی‌های میدانی تهیه گردید. تمامی لایه‌های اطلاعاتی با توجه به میزان تأثیرگذاری معیارهای مذکور و زیرمعیارهای آن‌ها با نظر کارشناسی وزن­دهی گردید. جهت وزن­دهی به معیارها از روش سلسله مراتبی و برای وزن­دهی به زیرمعیارها، فازی­ سازی صورت گرفت. سپس با استفاده از روش تصمیم‌گیری چند معیاره و روش ترکیب خطی وزن­دار (WLC) پهنه ­بندی خطر وقوع سیل در پنج کلاس استخراج گردید. نتایج حاصله نشان می‌دهد که 28 درصد از مساحت کل حوضهدر کلاس خطر زیاد و خیلی زیاد واقع شده است و از لحاظ مکانی این پهنه‌ها تقریباً در ورودی محدوده شهر تبریز قرار دارند. با توجه به این که هر سال به­ دلیل وقوع سیل در مناطق ورودی شهر تبریز آسیب‌ها و خسارت‌های جانی و مالی زیادی وارد می‌شود لازم است اقدامات اساسی در بالادست حوضه به­ ویژه در مناطق با پهنه سیل‌خیزی بالا صورت گیرد. این اقدامات را می‌توان در راستای اجرای برنامه‌های مدیریت جامع حوضه آبریز، مدیریت ریسک سیل و آبخیزداری برنامه‌ریزی نمود به­ گونه‌ای که در دراز مدت علاوه بر بهبود وضعیت پوشش گیاهی در سطح حوضه، منجر به کاهش آسیب‌های جانی و مالی وارده گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Using Multi Criteria Decision Making and Remote Sensing Techniques in GIS Environment for Flood Susceptible Zones Assessment in Lighvan Chai Catchment

نویسندگان [English]

  • Asadollah Hejazi 1
  • Sogra Andariani 2
  • Farhad Almaspour 3
  • Abolfazl Mokhtari Asl 4
چکیده [English]

 
Flood is the main destructive phenomena in Iran which causes human casualties and financial damages every year. The purpose of this research is to define flood susceptible zones in Ligcanchai Catchment. To achieve this end this study provided different information layers such as slope, elevation, soil hydrological units, curve number, runoff height, lithology, land use and landcover, hydrography density, compactness coefficient of 23 basins by using maps, reports, satellite images and field studies. All layers were then weighted with criteria and sub criteria. The study used the hierarchical method to weight criteria and fuzzy logic to weight sub criteria. Then 5 flood susceptible zones were defined by using multi-criteria evaluation and linear combination was weighted. The results show that around 28 percent of the Catchment has high and very high flood risk and that these areas are located near Tabriz city. Since flood events destroy the infrastructures and cause human casualties every year, substantial actions must be taken to prevent the high and very high flood risks. These activities must be planned in the integrated watershed management plans, and the flood risk management in order to improve the watershed vegetation in the watershed to minimize financial damages and human life losses.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lighvan Chai
  • Flood
  • Runoff height
  • weighted linear combination

مقدمه

سیلاب‌ها در طول تاریخ رایج‌ترین، مرگبارترین و پرهزینه‌ترین خطر در میان مخاطرات طبیعی بوده‌اند (کوسکی[1]، 2008: 61). به­عبارت دیگر سیل یکی از چند مخاطره طبیعی می‌باشد که برآورد دقیق میزان صدمات ناشی از وقوع آن امکان‌پذیر نبوده (روزالیس و همکاران[2]، 2010: 245) و خطر وقوع آن نیز در طی زمان افزایش یافته است (کوسکی، 2008: 61). دلیل این افزایش، عمدتاً گسترش شهرسازی در اطراف رودخانه‌ها و قطع درختان می‌باشد (برونستر[3]، 2003: 545؛ کریستنسن‎ها[4]، 2003: 805) به طوری که در طی سال‌های 2000 تا 2008 هر سال حدود 99 میلیون نفر در جهان تحت تأثیر نتایج حاصل از رخداد سیل قرار گرفته‌اند (شفاپور تهرانی و همکاران، 2013: 69). در ایـران نیـز همانند سایر مناطق سیل‌خیز دنیا در دهه‌های اخیر، شدت وقوع سیلاب‌ها و میـزان خسارت‌های ناشـی از آن به­طور چشمگیری افزایش یافته است (سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، 1380: 6- 7). سطح مناطق سیل‌خیز کشور حدود 91 میلیون هکتار برآورد گردیده است. به عبارتی دیگر حدود 55 درصد از سطح کشور در تولید رواناب مستقیم و سریع نقش داشته که حدود 42 میلیون هکتار آن دارای شدت سیل‌خیزی متوسط تا خیلی زیاد هستند (شعبانلو و همکاران، 1387: 12). در آذربایجان شرقی نیز فراوانی وقوع سیل به­خصوص در ماه‌های اردیبهشت و مرداد زیاد بوده و از 191 نمونه از سیل‌های اتفاق افتاده از سال 1378 تا سال 1389، 14 درصد به شهرستان تبریز تعلق داشته و خسارت‌های زیادی نیز به بار آورده است. میزان خسارات جانی ناشی از وقوع این سیل‌ها در استان شامل: 33 نفر تلفات جانی، 23 نفر مجروح و 661 تلفات دامی نیز شامل: 661 راس دام می‌باشد. انسان با دخالت‌هایی که در چرخه طبیعت مانند تغییر کاربری و پوشش اراضی (رضایی مقدم و همکاران، 1393)، رعایت نکردن اصول شهرسازی و ساخت و ساز بدون توجه به الگوهای مکانی وقوع این پدیده می‌نماید، خسارت‌های حاصل از مخاطره طبیعی مذکور را افزایش می‌دهد. هرچند می‌توان با شناسایی مکان‌های حساس به سیل‌خیزی و مدیریت بهینه و کارآمد در این مناطق از آسیب‌پذیری بیشتر مناطق جلوگیری کرد. در زمینه شناسایی چنین مکان‌هایی مطالعات زیادی صورت گرفته است که در ادامه مطلب به چند نمونه از آن‌ها اشاره می‌گردد. هو و آمیتسو[5] (2011) با تلفیق اشکال ژئومورفولوژی و داده‌های ماهواره‌ای اعم از تصاویر لندست 7 و لایه رقومی ارتفاعی رادار شاتل[6] و با استفاده از دیاگرام‌های سه بعدی در محیط نرم‌افزار GRASS اقدام به پهنه­بندی مناطق حساس به خطر وقوع سیل در استان کنتام ویتنام کردند. زائولی[7] و همکاران (2012) برای تهیه نقشه خطر سیلاب در حوضه رودخانه Beijiang مدل SPA[8] را ارائه دادند و اعلام نمودند که اگر اعتبارسنجی بر روی مدل صورت بگیرد نتیجه مدل بهتر قابل ارائه خواهد بود. شفاپور تهرانی و همکاران (2013) با استفاده از تکنیک­های سنجش از دور و GIS اقدام به شناسایی مناطق حساس به سیل در کلانتان کشور مالزی نمودند. بدین منظور از مدل­های درخت تصمیم‌گیری و رگرسیون لجستیک همچنین معیارهایی چون بارش، کاربری-پوشش اراضی، ارتفاع، شاخص قدرت رودخانه و نوع خاک بهره بردند. کلانتری و همکاران (2014) مناطق سیل‌خیز در غرب سوئد را با استفاده از ویژگی‌های فیزیوگرافی حوضه‌ها که از تصاویر ماهواره‌ای استخراج کرده بودند، مشخص نمودند. امیدوار و همکاران (1389) با به دست آوردن 21 پارامتر ژئومتری، فیزیوگرافی، نفوذپذیری و اقلیمی در 29 زیرحوضه از حوضه آبریز کنجانچم استان ایلام به پهنه­بندی پتانسیل سیل‌خیزی اقدام کردند. در این پژوهش از روش‌های آماری تحلیل عاملی و تحلیل خوشه‌ای و معیارهای شکل حوضه، آبراهه، شیب، زهکشی مورد استفاده قرار گرفتند و بر اساس امتیاز عاملی، منطقه مورد مطالعه به 5 دسته با سیل‌خیزی زیاد تا کم طبقه‌بندی گردید. با توجه به مطالعات صورت گرفته می‌توان ذکر کرد که سنجش از دور و GIS  ابزار با ارزشی برای مدیریت مخاطرات طبیعی بوده و از این ابزارها می‌توان در تولید نقشه‌های خطر وقوع سیل (مناطقی که به­طور بالقوه خطر‌ناک می‌باشند) استفاده نمود. به عبارتی دیگر داده‌ها و تکنیکهای سنجش از دور و GIS به پایش، ارزیابی و تهیه نقشه‌های مناطق سیل‌گیر کمک کرده و در نتیجه داده‌های مطمئنی برای انجام فعالیت‌های مربوطه می‌باشند.

در مطالعه حاضر، حوضه لیقوان چای واقع در محدوده شهرستان تبریز به­عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است. این حوضه در شهرستان تبریز واقع گردیده و رواناب­های حوضه از داخل شهر تبریز جریان می‌یابد. به عبارت دیگر در مطالعه حاضر یکی از سرمنشأ سیل‌های رخ داده در شهرستان تبریز از لحاظ حساسیت به سیل‌خیزی با استفاده از داده‌ها و تکنیک­های سنجش از دور و GIS مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به این­که جریان آب موجود در رودخانه این حوضه از قطب بسیار پرجمعیتی چون شهر تبریز می‌گذرد لذا شناسایی پهنه‌های سیل‌خیز این حوضه و لحاظ کردن اقدامات مدیریتی مناسب برای جلوگیری از وقوع رخداد سیل اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.


معرفی منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه با مختصات جغرافیایی 37 درجه و 43 دقیقه تا 38 درجه و 2 دقیقه و 30 ثانیه عرض شـمالی و 46 درجه و 19 دقیقه و 25 ثانیه تا 46 درجه و 31 دقیقه و 16 ثانیه طول شرقی، از حوضه‌های واگرای دامنه شمالی تـوده کوهستانی سهند به مساحت 192 کیلومتر مربع است (شکل 1). لیقوان چای زهکش اصلی حوضه بوده که با جهت‌گیری جنوبی ـ شـمالی در ابتـدا بـا نـام باغچـا دره‌سی‌ چای، از نقاط و قلل مرتفع کوه سهند، مانند گیروه داغ (3596 متر)، کمال‌داغ (3236متر)، شرشر داغ و ... سرچشمه می‌گیرد. در طول مسیر آبراهه‌های متعددی چون، توله سرچای و بارالی‌چای به آن مـی‌پیونـدد. ایـن رودخانـه بـا گـذر از روستاهای سفیده‌خوان، لیقوان، هربی و دیزج عبدل، به سمت شمال تا شهر باسمنج ادامه می‌یابد و با عبور از شهر تبریـز، در حوالی فرودگاه، به رودخانة آجی‌چای می‌پیوندد (کرمی و همکاران، 1385: 128).

 

شکل (1) موقعیت منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان شرقی

مواد و روش­ها

در تحقیق حاضر از داده، مواد و ابزارهایی به شرح ذیل استفاده گردیده است:

از تصویر ماهواره‌ای لندست 8 (Operational Land Imager) برای استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی مربوط به 10 جولای سال 2013 استفاده گردید. از مدل رقومی ارتفاعی استر با اندازه پیکسل 30 متری برای استخراج حوضه و تصحیح توپوگرافیکی تصویر لندست استفاده گردید. از نقشه‌های زمین‌شناسی  1:100000 برای تولید رقومی لایه سنگ‌شناسی، نقشه‌های توپوگرافی 25000­:1 برای تصحیح هندسی تصویر ماهواره‌ای، استخراج لایه شبکه زهکشی و شیب، از دستگاه سیستم موقعیت جهانی و از سامانه گوگل ارث برای برداشت نقاط تعلیمی و از داده‌های ایستگاه‌های باران­سنجی، تبخیرسنجی و سینوپتیک اشاره شده در جدول (1)، برای تهیه لایه حداکثر بارش 24 ساعته استفاده گردید. لازم به ذکر است که لایه بارش تهیه شده با روش زمین آمار جبری و بر اساس تغییرات بارش برحسب تغییرات ارتفاع به­دست آمد. نرم‌افزارهای تخصصی ENVI4.8، IDRISI17  و ARC GIS10.1 در مطالعه حاضر مورد استفاده قرار گرفتند.

جدول (1) ایستگاه‌های مورد استفاده در تحقیق حاضر

مختصات UTM

سازمان مربوطه

ارتفاع از سطح دریا (متر)

نوع ایستگاه

نام ایستگاه

ردیف

X

Y

626681

4223677

وزارت نیرو

1500

تبخیر سنجی

سد نهند

1

612548

4215839

هواشناسی

1364

سینوپتیک

تبریز

2

611438

4189928

هواشناسی

2110

بارانسنجی

زینجناب

3

639111

4201450

هواشناسی

1950

بارانسنجی

سعید آباد

4

626141

4188470

وزارت نیرو

2200

تبخیر سنجی

لیقوان

5

630394

4197786

وزارت نیرو

1980

بارانسنجی

هروی

6

               

برای طبقه‌بندی تصویر و استخراج لایه کاربری ـ پوشش اراضی از روش نظارت شده ناپارامتریک ماشین بردار پشتیبان[9] استفاده گردید. این روش طبقه‌بندی­کننده به­صورت باینری عمل کرده و دو کلاس را با استفاده از یک فرا صفحه[10] از هم جدا می‌کند. به­طور کلی در این تحقیق از روش نظارت­شده‌ ناپارامتریک پیکسل پایه به­دلیل دقت زیاد آن در طبقه‌بندی (واپنیک[11]، 1999: 139؛ مانتروو همکاران[12]، 2005: 560؛ اندریانی، 1393: 110) استفاده گردید. برای برآورد ارتفاع رواناب از روش SCS و از رابطه (1) استفاده گردید:

رابطه (1)

 

در رابطه فوق Q: رواناب بر حسب میلی‌متر مکعب،P : میزان بارش بر حسب میلی‌متر (در تحقیق حاضر به­جای پارامتر بارش لایه استخراج شده حداکثر بارش 24 ساعته استفاده گردید)، S: عامل مربوط به نگهداشت آب در سطح زمین می‌باشد و با احتساب تلفات اولیه (2/0)، برای سیستم متریک از رابطه (2) محاسبه گردید (علیزاده، 1388: 520).

رابطه (2)

 

در رابطه فوق پارامتر [13]CN عبارت است از شماره منحنی و عددی بی‌بعد می‌باشد. دامنه عددی این پارامتر بین 100 – 0 متغیر می‌باشد، طوری که در عدد 100 تمام باران تبدیل به رواناب شده مثل مخزن آب و در عدد صفر روانابی تشکیل نمی‌شود. به­­عبارت، دیگر چنین چیزی با توجه به رابطه فوق 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 به­دست آمده است، تعیین گردید (سازمان حفاظت خاک امریکا، 1973: 6). به­عبارت دیگر لایه کاربری و پوشش اراضی با گروه هیدرولوژیکی خاک منطقه مورد مطالعه در محیط ARC GIS همپوشانی شدند و مقادیر جدول )2( با توجه به اطلاعات هر ردیف پایگاه داده تشکیل گردید. لازم به ذکر است در تحقیق حاضر لایه گروه‌های هیدرولوژیکی خاک تولید شده توسط «مهندسین مشاور آب اندیشان آذر (1393)» مورد استفاده قرار گرفت.

جدول (2) مقادیر شماره منحنی برای گروه هیدرولوژیکی خاک ـپوشش موجود در منطقه

انواع کاربری و پوشش اراضی

زیر کلاس­های موجود

گروه هیدرولوژیکی خاک

B

C

D

اراضی باغی

پوشش متوسط

60

73

79

اراضی بایر

بدون پوشش و زمین لخت

86

91

94

اراضی دیم

غالباً غلات،با پوشش نسبتاً فقیر

76

84

88

مرتع

مرتع درجه یک

61

74

80

مرتع درجه دو

69

79

84

مرتع درجه سه

79

86

89

مسکونی

مناطق غیر قابل نفوذ و جاده‌ها

84

90

92

بعد از تولید لایه‌های ارتفاع، شیب، سنگ‌شناسی، تراکم زهکشی، ضریب گراویلیوس، ارتفاع رواناب، رتبه‌بندی استراهلر و کاربری و پوشش اراضی در هر یک از 13 زیر حوضه، اقدام به وزن­دهی سلسله مراتبی AHP برای فاکتورهای ذکر شده گردید. سپس زیر معیارهای طبقه‌بندی شده با توجه به اهمیت آن‌ها در تولید سیلاب با نظر کارشناسی فازی­سازی گردیده (طبق جدول 5) و سپس با روش ترکیب خطی وزن­دار مدل‌سازی و پهنه­بندی سیلاب در منطقه مورد مطالعه صورت گرفت. روش‌های ذکر شده از مبانی زیر تبعیت می‌کنند:

روش سلسله­مراتبی در سه گام اصلی: 1- تعریف معیار مورد بررسی برای تصمیم‌گیری 2- مقایسه دو به دوی معیارهای تعریف شده و 3- ارزش‌دهی معیارها با توجه به اهمیت وجودی آن‌ها صورت گرفت. البته لازم به ذکر است که اهمیت و ارزش معیارها بایستی به­صورت کارشناسی انتخاب شود. با وجود این­که ساعتی و ورگاس (1991) شاخصی را برای ناسازگاری تصمیم‌های اتخاذ شده، تعریف کرده‌اند، ولی با این وجود سلایق و دیدگاه‌های کارشناسان نیز متفاوت بوده و این مسئله تأثیر بسزایی در نتیجه تصمیم‌گیری دارد.

در  ماتریس A که معیارها دو به دو مقایسه می‌شوند به­صورت رابطه (3) قابل بیان است:

رابطه (3)

 

در رابطه (3) aijترجیح یک معیار به دیگری می‌باشد که می‌تواند به­صورت  و aij=1،nبرابر تعداد معیارها ‌باشد که در مطالعه حاضر n برابر 8 می‌باشد. wi و wj عناصر نرمال کردن وزن بردار ویژه W می‌باشد به­عبارتی جمع وزن‌های هر مقایسه به‌صورت رابطه 4 قابل بیان است: 

رابطه (4)

 

از مقایسه دو به دوی ماتریس A وزن بردار Wنیز طبق رابطه 5 بیان شد:

رابطه (5)

 

در رابطه (7)،  بزرگترین مقدار ویژه ماتریس A می‌باشد. چنانکه نتیجه ماتریس به‌صورت رابطه 6 باشد به عنوان ماتریس سازگار تلقی می‌شود.

رابطه (6)     

در این روش، نرخ ناسازگاری (CR) کمتر از 1/0 در نظر گرفته می‌شود و در صورت بیشتر شدن از این مقدار بایستی در مقایسه زوجی معیارها تجدیدنظر شود. برای به­دست آوردن نرخ ناسازگاری نیاز به محاسبه شاخص ناسازگاری (CI، در رابطه 7) و شاخص ناسازگاری تصادفی (RI) وجود دارد.

رابطه (7)

 

شاخص ناسازگاری تصادفی از جدول (3) بر اساس تعداد معیارها به دست آمد.

جدول (3) مقدار شاخص ناسازگاری تصادفی برای تعداد مختلف n (معیار) (ساعتی، 1977)

n

2

3

4

5

6

7

8

9

10

RI

0/0

58/0

9/0

12/1

1/1

32/1

41/1

45/1

49/1

نرخ ناسازگاری به‌صورت رابطه (8) بیان می‌شود:

رابطه (8)

 

وزن­دهی به معیارها از طریق روش تحلیل سلسله مراتبی و با استفاده از نظر کارشناسی صورت گرفت. بدین طریق که ابتدا در ماتریس 8 در 8 معیارها بر اساس میزان تأثیر آنها مرتب شده، سپس ما بین 1 تا 9 در مقایسه دو به دو معیارها، امتیاز به آنها تعلق گرفت.

روش ترکیب خطی وزن‌دار: در تحقیق حاضر برای تولید نقشه پهنه بندی مناطق مستعد سیلاب از روش ترکیب خطی وزن‌دار (Weighted Linear Combination) در محیط ARC GISاستفاده گردید. هدفاز ارزیابیچندمعیاری،انتخاببهترین جایگزین (Alternative)برمبنایرتبه‌بندیآنهاازطریقارزیابیچند معیاراصلیاست.در اینارزیابیبرایدستیابیبههدف، معیارهاتعریفوتعیینشدند. معیارهابه‌صورت عامل (Factor)دسته‌بندی گردیدند(مالچوفسکی[14]، 1999 :199). دراینروشتصمیم‌گیری،مقدارهر جایگزین بر اساس رابطه 9 قابل محاسبه است (پنتیوس و همکاران[15]، 2001 :195؛ اوروک[16]، 2003 :2451). 

رابطه (9)

 

در رابطه فوق: =SWمیزان مطلوبیت،  =Wiوزن هر معیار، =Siارزش استاندارد شده هر معیار می‌باشد. لازم به ذکر است که ارزش استاندارد شده هر معیار با روش فازی­سازی و نظر کارشناسی صورت گرفتبا توجه به این­که در این مجموعه‌ها مرز کاملاً مشخصی وجود ندارد، به عبارت دیگر تبدیل آنها بین عضویت و عدم عضویت در یک مجموعه به‌صورت تدریجی است، بنابراین مجموعه فازی به وسیله درجه عضویت فازی آن مشخص شده و دامنه‌ای بین 0 تا 1 به آنها تعلق گرفت که این دامنه نشانگر افزایش پیوسته از عدم عضویت به سمت عضویت کامل می‌باشد.

یافته­های تحقیق

عوامل مؤثر بر رخداد سیلاب

الف) ارتفاع رواناب

هیدروگراف هر رودخانه تحت تأثیر کاربری و پوشش گیاهی آن می‌باشد، به­طوری که اگر حوضه آبریز، فاقد پوشش گیاهی باشد، بارندگی بدون این­که جذب خاک گردد ابتدا چاله‌ها را پر کرده و آنگاه جریان سطحی آغاز می‌گردد. در صورتی که حوضه از پوشش گیاهی خوبی برخودار باشد مقداری از بارندگی توسط شاخه و برگ و ریشه گیاهان جذب می‌گردد. بنابراین CN حوضه که دربرگیرنده وضعیت پوشش گیاهی و نیز گروه‌های هیدرولوژیکی خاک از نقطه نظر سرعت نفوذ آب در آنها می‌باشد مدنظر قرار می‌گیرد. از طرفی میزان نگهداشت خاک نیز به تبعیت از شماره منحنی و در جهت عکس آن عدد مربوطه را به­خود می‌گیرد به عبارتی دیگر در مکان‌هایی که نفوذپذیری دارای مقدار کمی است میزان نگهداشت خاک آن مکان‌ها نیز کاهش می‌یابد که این مسئله با افزایش مقدار شماره منحنی قابل مشاهده است. شکل‌های (2 و 3) نقشه کاربری - پوشش اراضی، گروه هیدرولوژیکی خاک، شماره منحنی و عامل مربوط به نگهداشت خاک منطقه مورد مطالعه را نشان می‌دهد.

 

 

شکل (2) به ترتیب از راست به چپ نقشه کاربری - پوشش اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک

 

شکل (3) به­ترتیب از راست به چپ نقشه شماره منحنی و عامل مربوط به نگهداشت خاک

با توجه به این­که برای محاسبه ارتفاع رواناب نیاز به بارش حداکثر بارش 24 ساعته وجود دارد لذا در تحقیق حاضر بین شش ایستگاه مورد استفاده و ارتفاع آن‌ها رابطه خطی برقرار گردید. شکل (4) میزان ضریب تبیین و معادله مربوطه را نشان می‌دهد.

 

شکل (4) نمودار معادله خطی و ضریب تبیین بین ارتفاع و بارش ایستگاه‌های مورد استفاده

در معادله خطی به­دست آمده x ارتفاع هر پیکسل در لایه رقومی ارتفاعی و y میزان بارش به­دست آمده به ازای ارتفاع هر پیکسل می‌باشد. شکل (5) لایه بارش بر حسب میلی‌متر و ارتفاع رواناب به تبعیت از لایه بارش برحسب میلی‌متر را نشان می‌دهد.

 

شکل (5) به­ترتیب از راست به چپ میزان بارش 24 ساعته و ارتفاع رواناب حاصل از آن

ب) شیب حوضه

شیب حوضه شاید اصلی‌ترین عامل در بروز یا عدم بروز سیلاب در یک حوضه باشد و تأثیر عمده‌ای بر روی زمان تمرکز، مقدار جریان، نفوذ آب و نحوه تغییرات سطح آب زیرزمینی و میزان رطوبت خاک دارد. در حوضه‌هایی که از شیب بالایی برخوردار هستند، هیدروگراف مربوط به سیلاب دارای دامنه کم (مدت پایه هیدروگراف کم) و نقطه اوج بالایی است. یعنی حجم زیاد آب در مدت کوتاهی از یک مقطع عبور می‌کند. شکل (6) شیب منطقه، رتبه آبراهه‌ای منطقه به روش استراهلر[17] و دامنه و تعداد طبقات آن‌ها را نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که رتبه‌بندی استراهلر به­صورت یک لایه جداگانه در کنار دیگر لایه‌ها در تصمیم‌گیری مورد استفاده قرار گرفت چرا که وجود رتبه بالاتر در هر یک از زیر حوضه‌ها می‌تواند زیر حوضه‌های تحت اشغال را تحت تأثیر خطر سیلاب قرار دهد.

 

شکل (6) به­ترتیب از راست به چپ نقشه شیب بر حسب درصد و رتبه‌بندی آبراهه‌ها به روش استراهلر در هر یک از زیرحوضه‌ها

ت ـ تراکم شبکه آبراهه‌ها

تراکم شبکه آبراهه‌ها در واحد سطح حوضه، طول کل آبراهه، شکل و ویژگی هندسی آبراهه‌ها و نحوه استقرار آنها در یک حوضه در ایجاد سیلاب نقش مهمی دارند. در حوضه‌ای که نسبت انشعاب آبراهه‌ها زیاد باشد طبیعتاً آب سطح حوضه توسط این کانال‌ها زودتر زهکشی می­شود. در منطقه مورد مطالعه تراکم آبراهه برای کل حوضه 07/1 به­دست آمد ولی برای دخیل دانستن معیار تراکم آبراهه در تک تک زیرحوضه، این عامل در 23 زیرحوضه محاسبه گشت (شکل 7). زیرحوضه‌ها از نظر تراکم زهکشی، دامنه عددی 77/0 الی 67/1 را به خود اختصاص داده‌اند که این امر می­تواند دلیلی بر اختلاف کم زیرحوضه‌ها از لحاظ شیب، لیتولوژی و مساحت باشد. برای دخالت دادن شکل حوضه نیز ضریب گراویلیوس مورد استفاده قرار گرفت. اگر فرم حوضه نزدیک به دایره باشد آبراهه‌ها کمترین مسیر را داشته و در نتیجه در چنین حوضه‌ای سیلاب به وقوع خواهد پیوست. در ضریب گراویلیوس پایین، تخلیه‌ی رواناب به سرعت انجام می‌گیرد و زمان تمرکز کاهش می‌یابد که این خود می‌تواند باعث افزایش خطر وقوع سیل در این مناطق‌ شود. شکل 7 تراکم آبراهه و ضریب گراویلیوس را برای زیرحوضه‌ها نشان می‌دهد. دامنه عددی این ضریب مابین 53/1 الی 95/2 می­باشد که این مقادیر نشان­دهنده دایره کامل و یا کشیدگی کامل زیرحوضه‌ها نمی‌باشد. به­عبارتی دیگر این ضریب نشان دهنده سیل­خیزی منطقه در حد متوسط می­باشد. لازم به ذکر است زیرحوضه‌هایی با طبقه یکسان در هم ادغام گردیده است.

 

شکل (7) به ترتیب از راست به چپ میزان تراکم زهکشی و ضریب گراویلیوس در هر یک از زیرحوضه‌ها

پ ـ سنگ‌شناسی منطقه و فاصله از آبراهه

نوع سنگ و پوشش خاک، ظرفیت نفوذ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. خاک یا سنگ قابل نفوذ، شرایط نفوذ آب به داخل زمین را فراهم می‌کند و تخلیه‌ی آن را به داخل آبراهه‌ی اصلی به تأخیر می‌اندازد، از این رو رواناب سطحی کاهش می‌یابد. حوضه‌های با سنگ بستر یا خاک به نسبت غیرقابل نفوذ، حجم بالایی از رواناب سطحی ایجاد می‌کنند (گارد، به نقل از خیری­زاده و همکاران، 1391: 48).لذا در وزن­دهی و فازی­سازی میزان نفوذپذیری واحدها مدنظر قرار گرفته است. از آنجایی که منطقه مورد مطالعه در دامنه شمالی سهند واقع شده است لذا بیشتر واحدها از فعالیت آتشفشانی تأثیر پذیرفته‌اند طوری که  در منطقه مورد مطالعه چینه­شناسی پلیو – کواترنری با واحد PLQC(کنگلومرا با لایه‌هایی از لاهار) با مساحت 211 کیلومتر مربع بیشترین گسترش را در سطح منطقه دارد.به عبارتی 57 درصد از مساحت منطقه از واحد فوق‌الذکر تشکیل شده است. این واحد کنگلومرائی که خاستگاه آبرفتی دارد و در خشکی و یا در مناطق دریاچه‌ای رسوب‌گذاری کرده است دارای قطعاتی با بافت و جنس متفاوت است و گهگاه قطر قطعات آن به بیش از یک متر می‌رسد قطعات آن از سنگ‌های ولکانیکی فعالیت‌های قدیمی سهند تشکیل گردیده و سیمان آن‌ها غالباً سست بوده و از ماسه، رس و خاکسترهای آتشفشانی تشکیل شده است. با این توصیف می‌توان گفت در بیشتر مساحت منطقه نفوذپذیری سنگ‌ها کم بوده و در تولید رواناب با توجه به­وجود پوشش مرتعی ضعیف با درصد زیاد (مرتع درجه 3) بیشترین امتیاز را به­خود اختصاص می‌دهد. شکل (8) سنگ‌شناسی و واحدهای موجود در منطقه مورد مطالعه را نشان می‌دهد.

 

      شکل (8) سنگ‌شناسی منطقه مورد مطالعه                                شکل (9) لایه فاصله از آبراهه‌های منطقه

با توجه به اهمیت بالای آبراهه‌ در وقوع سیلاب، این لایه نیز به­صورت فاصله اقلیدسی در طبقاتی به مدل معرفی گردید. شکل (9) نقشه فاصله از آبراهه‌ها را نشان می‌دهد.

در مطالعه حاضر برای وزن دهی تک‌تک معیارها نسبت به هم به­صورت زوجی از روش سلسله­مراتبی با توجه به نظر کارشناسی استفاده گردید. جدول (4) نتیجه وزن­دهی به معیارهای موثر در بروز خطر سیلاب را نشان می‌دهد.

جدول (4) ماتریس امتیازدهی به معیارهای مؤثر در بروز خطر سیلاب

معیارها

1

2

3

4

5

6

7

وزن‌های مقدار ویژه

ناسازگاری

ارتفاع رواناب (1)

1

 

 

 

 

 

 

34/0

 

شیب (2)

5/0

1

 

 

 

 

 

23/0

 

فاصله از آبراهه (3)

33/0

5/0

1

 

 

 

 

18/0

 

لیتولوژی (4)

33/0

25/0

33/0

1

 

 

 

11/0

 

کاربری-پوشش اراضی(5)

14/0

2/0

25/0

25/0

1

 

 

05/0

 

تراکم آبراهه (6)

12/0

25/0

16/0

2/0

25/0

1

 

03/0

 

ضریب گراویلیوس (7)

11/0

2/0

14/0

16/0

33/0

5/0

1

02/0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

08/0

جدول (4) و نحوه امتیازدهی نشان‌دهنده تأثیر بیشتر فاکتورهای شیب و سپس میزان ارتفاع رواناب بر رخداد سیلاب می‌باشد. مقدار ناسازگاری 08/ 0 نیز نشان‌دهنده امتیازدهی درست بر معیارها می‌باشد. بعد از امتیازدهی به معیارها، برای زیرمعیارها و یا طبقه‌های هر یک از معیارها (برای وارد شدن به مدل میانگین خطی وزن­دار) با استفاده از روش فازی­سازی و بر اساس میزان اهمیت آنها در رخداد سیلاب، دامنه عددی بین 0 و 1 با تابع تعریف کاربر در نظر گرفته شد. لازم به ذکر است نظر کارشناسی و پرسشنامه‌ای ملاک وزن­دهی در تحقیق حاضر بود. جدول (5) وزن هر یک از زیر معیارها را نشان می‌دهد که بر اساس این وزن‌ها طبقه‌بندی مجدد برای هر یک از معیارها صورت گرفت.


جدول (5) تعریف طبقات هر فاکتور و استانداردسازی فازی آنها

معیار

زیرمعیارها

شماره طبقه

وزن فازی­سازی (1-0)

فاصله از آبراهه (متر)

200

1

1/0

 

400 - 200

2

3/0

 

600 - 400

3

5/0

 

1000 - 600

4

8/0

 

2000 - 1000

5

1

تراکم آبراهه

< 95/0

1

1/0

 

1/1 – 95/0

2

3/0

 

25/1 – 1/1

3

5/0

 

45/1 – 25/1

4

8/0

 

45/1< 

5

1

شیب(درصد)

10-0

1

2/0

 

20-10

2

5/0

 

30-20

3

55/0

 

60 - 30

4

8/0

 

60 < 

5

1

سنگ‌شناسی

آبرفت­های جدید رودخانه‌ای

1

1/0

 

تراس­های جوان، رسوبات دشت و مخروط افکنه­ها

1

1/0

 

خاکستر آتشفشانی، لاهار

2

5/0

 

داسیت-آندزیت

4

8/0

 

داسیتیک آندزیت، کوارتز آندزیت

4

8/0

 

مارن با بین لایه­ای ماسه سنگی

3

6/0

 

کنگلومرا همراه با لایه­هایی از لاهار، توف

3

6/0

ضریب گراویلیوس

 7/1 >

1

1

 

9/1 – 7/1

2

6/0

 

1/2 – 9/1

3

4/0

 

3/2 – 1/2

4

2/0

 

3/2<

5

1/0

کاربری-پوشش اراضی

باغ و زراعت آبی

1

1/0

 

بایر

4

6/0

 

دیم

4

6/0

 

مرتع درجه 1

2

2/0

 

مرتع درجه 2

3

3/0

 

مرتع درجه 3

5

9/0

 

مسکونی

6

9/0

ارتفاع رواناب(میلی‌متر)

5 >

1

2/0

 

10 - 5

2

4/0

 

17 - 10

3

6/0

 

27 - 17

4

8/0

 

27<

5

1

با اعمال مدل تصمیم‌گیری چندمعیاره ترکیب خطی وزن­دار بر روی لایه‌های تولید شده و طبقه‌بندی مجدد شده منطقه مورد مطالعه به پنج طبقه بر اساس شکل (10) طبقه‌بندی گردید. شکل (11) درصد هر یک از پهنه‌های سیلابی در منطقه مورد مطالعه را نشان می‌دهد.

 

شکل (10) شناسایی حساسیت منطقه نسبت به رخداد سیل

 

شکل (11) درصد پهنه‌های سیلابی در منطقه مورد مطالعه

نتیجه‌گیری

شناسایی مناطق حساس به خطر سیل در حوضه‌های آبریز علی‌الخصوص در حوضه‌هایی که رودخانه دائمی داشته و از قطب‌های جمعیتی عبور می‌کنند، با اعمال روش‌های مدیریتی بهینه و کارآمد می‌تواند خسارت‌های وارده از طریق این مخاطره طبیعی را کاهش دهد. در مطالعه حاضر نیز با شناسایی عوامل موثر در رخداد سیلاب از جمله کاربری و پوشش اراضی، ارتفاع، حجم رواناب و ... با بهره‌گیری از تصاویر ماهواره‌ای، داده‌های زمینی و تکنیک­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، مناطق حساس به سیل‌خیزی مورد پهنه بندی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا با استفاده از تصویر ماهواره‌ای لندست 8، نقشه کاربری و پوشش اراضی مربوط به تیرماه سال 2013 استخراج گردید. که نتیجه نشان داد منطقه اکثراً تحت پوشش اراضی مرتعی به خصوص مرتع درجه 3 می‌باشد که این امر نشان‌دهنده سیل‌خیز بودن منطقه و نفوذناپذیری منطقه می‌باشد. از آن جایی که بسترهای گرانیتی نفوذناپذیر می‌باشد در نتیجه سنگ‌های این بستر جریان آب را بدون این که جذب زمین گردد به سیستم رودخانه‌ای منتقل می‌کند، در حالی که بسترهای آهکی و گچی نفوذپذیر بوده و آب را سریعاً جذب می‌کنند. منطقه مورد مطالعه به دلیل قرار گرفتن در دامنه شمالی سهند اکثر دارای لیتولوژی نفوذناپذیر می‌باشد. در ادامه برای تولید لایه مربوط به ارتفاع رواناب نیز از لایه گروه‌های هیدرولوژیکی خاک و کاربری و پوشش اراضی منطقه و ایستگاه‌های درون و نزدیک به منطقه استفاده گردید. در لایه گروه‌های هیدرولوژیکی منطقه نیز بیش از 100 کیلومترمربع جزو گروه‌های C و D می‌باشد که در این گروه­ها نفوذ آب به لایه‌های زیرین کمتر اتفاق افتاده و حجم بیشتری رواناب تولید می‌کند. لایه‌های دیگر نیز به­گونه‌ای سیل‌خیز بودن منطقه را نشان می‌دهند. به هر حال در مطالعه حاضر معیارها و زیر معیارهای آن‌ها با نظر کارشناسی به ترتیب با مدل سلسله مراتبی و فازی وزن­دهی شدند سپس با استفاده از مدل میانگین خطی وزن دار مورد پهنه بندی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان‌دهنده سیل‌خیز بودن منطقه در پایین‌دست حوضه و ورودی شهر تبریز می‌باشد به طوری که بیش از 28 درصد از مساحت منطقه جزو مناطق با پتانسیل سیل‌خیزی از نوع زیاد و بسیار زیاد می‌باشد. با توجه به این که هر سال به دلیل وقوع سیل در مناطق ورودی شهر تبریز آسیب‌ها و خسارت‌های جانی و مالی زیادی وارد می‌شود لازم است اقدامات اساسی در بالادست حوضه به ویژه در مناطق با پهنه سیل‌خیزی بالا صورت گیرد این اقدامات را می‌توان در راستای اجرای برنامه‌های مدیریت جامع حوضه آبریز، مدیریت ریسک سیل و آبخیزداری برنامه‌ریزی نمود به گونه‌ای که در دراز مدت علاوه بر بهبود وضعیت پوشش گیاهی در سطح حوضه منجر به کاهش آسیب‌های جانی و مالی وارده گردد. در عین حال با پیگیری و اجرای مستمر قوانین موجود و تهیه و تنظیم قوانین جدید مانع تغییر کاربری اراضی در بستر و حریم رودخانه‌ها و مسیل‌های سیل‌خیز شد.



[1]-  Kusky

[2]- Rozalis et al.,

[3]- Bronstert

[4]- Christensen

[5]- Ho & Umistsu  

[6]- Shuttle Radar Topographic Mission

[7]- Zhaoli et al.,

[8]- Set pair analysis

[9]- Suport Vector Machine

[10]- Hyperplane

[11]-Vapnik

[12]-Mantero et al.,

[13]- Curve Number

[14]- Malczewski

[15]- Portius et al.,

[16]- Oruc

[17]- Sterahler

منابع
ـ اندریانی، صغری (1393). کاربرد تکنیک­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در بررسی تغییرات کاربری اراضی و تاثیر آن بر دبی رودخانه (مطالعه موردی: صوفی چای)، پایان‌نامه کارشناسی ارشد RS & GIS، دانشگاه تبریز.
ـ امیدوار، کمال؛ کیانفر، آمنه؛ عسکری، شمس. ا. (1389)، پهنه­­بندیپتانسیلسیلخیزیحوزهآبخیزکنجانچم، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، شماره 72، صص90-73.
ـ کرمی، فریبا؛ بیاتی خطیبی، مریم؛ رستم­زاده، هاشم (1385)، پهنه­بندی خطر حرکات تودهای مواد در حوضه آبریز لیقوان چای، فصلنامه مدرس علوم انسانی، ویژه نامه جغرافیا، دور دهم، پیاپی 48، صص 145-125.
ـ خیری­زاده، آروق؛ ملکی، جبرئیل؛ عمونیا، حمید (1391)، پهنه­بندی پتانسیل خطر وقوع سیلاب در حوضه آبریز مردق چای با استفاده از مدل ANP،پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، شماره 3، صص 56-39.
ـ سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، دفتر امور فنی و تدوین معیارها، (1380)، راهنمای مهار سیلاب رودخانه، (روش­های سازه‌ای)، نشریه شماره 242.
ـ شعبانلو، سعید؛ صدقی، حسین؛ ثقفیان، بهرام؛ موسوی جهرمی، حبیب (1387)، پهنه­بندیسیلابدرشبکهرودخانههایاستانگلستانبااستفادهاز GIS، مجله پژوهش آب ایران، سال 2، شماره 3: صص 11-22.
ـ رضایی مقدم، محمدحسین؛ اندریانی، صغری؛ الماس­پور، فرهاد؛ ولیزاده کامران، خلیل؛ مختاری اصل، ابوالفضل (1393). تأثیر تغییرات کاربری و پوشش اراضی بر سیل­خیزی و دبی رواناب رودخانه صوفی چای، هیدروژئومورفولوژی، شماره 1، صص 57-41.
ـ علیزاده، امین (1388)، اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه امام رضا، چاپ بیست و ششم.
ـ مهندسین مشاور آذرآب اندیشان (1393)، گزارش خاک­شناسی پروژه استعداد یابی اراضی ملی - خاک‌شناسی و تناسب اراضی ملی و دولتی شهرستان تبریز، اداره منابع طبیعی و آبخیزداری آذربایجان شرقی.
-Bronstert, A. (2003), Floods and climate change: interactions and impacts, Risk Anal, 23, 545–557.
 Christensen, J.H., Christensen, O.B. (2003), Climate modelling: severe summertime flooding in Europe, Nature, 421, 805–806.
-Eastman, R.J. (2012), IDRISI for Windows :IDRISI Selva Manual,. Clark University, New york, press.
-Ho,T.K.L., Umitsu, M. (2011), Micro-lan dform classifi cation and flood hazard assessme nt of the Thu Bon alluvial plain, central Vietnam via an integrated method utilizing remotely sensed data, Applied Geography, 31, 1082-1093.
-Kusky, T. (2008), Floods: Hazards of Surface and Groundwater Systems, Facts On File
publishing, New York,press.
-Kalantari,  Z., Nickman, A., Lyon, S.W., Olofsson, B., Folkeson, L. (2014), A method for mapping flood hazard along roads, Environmental Management 133, 69 -77.    
-Malczewski, J., (1999), GIS and Multicriteria Decision Analysis, John Wiely and sons, New york. USA.
-Mantero, P., Moser, G., Serpico, S.B. (2005), Partially Supervised Classification of Remote Sensing Images Through SVM-Based Probability Density Estimation, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 43, NO. 3, pp. 559-570.
-Oruc, I., Maloney, L.T., Landy, M.S. (2003), Weighted linear cue combination with possibly correlated error, Vision Research, 43: 2451–2468.
-Pontius, R.G., Cornell, G.D., Hall, C.A. (2001), Modeling the spatial pattern of land-use change with GEOMOD2: application and validation for Costa Rica, Agriculture, Ecosystems & Environment,85: 191-203.
-Rozalis, S., Morin, E., Yair, Y., Price, C., (2010), Flash flood prediction using an uncalibrated hydrological model and radar rainfall data in a Mediterranean watershed under changing hydrological conditions, Hydrological. 394, 245–255.
-Saaty, T.L. (1977), A scaling method for prioritiesin hierarchical structure, Mathematical Psychology, 15: 234-281.
-Shafapour Tehrani, M., Pradhan, B., Jebur, M.N. (2013), Spatial prediction of flood susceptible areas using rule based decision tree (DT) and a novel ensemble bivariate and multivariate statistical models in GIS, Hydrology, 504: pp 69–79.
-Vapnik, V.N. (1999), The Nature of Statistical Learning Theory, Second Edition. (New York: Springer-Verlag), PP. 1-339.
-Zhaoli, W., Hongliang, M., Chengguang, L., Haijuan, S., (2011), Set Pair Analysis Model Based on GIS to Evaluation for Flood Damage Risk, Procedia Engineering, 28, pp 196 – 201.