هیدروژئومورفولوژی

امروزه فرسایش خاک به عنوان یکی از مباحث مهم مدیریت حوضه های آبریز در سطح ملی و جهانی مطرح می باشد. در این پژوهش به منظور شناسایی توزیع مکانی فرسایش خاک و تولید رسوب در حوضه ی آبریز سراب سیکان از معادله ی جهانی اصلاح شده هدر رفت خاک استفاده شده است. با استفاده از داده های بارندگی 17 ساله (1397-1380)، اطلاعات خاک شناسی و مدل رقومی ارتفاعی با تفکیک 10 متری هر یک از فاکتورهای فرسایندگی (R)، فرسایش پذیری (K)، شیب و طول شیب (LS) و حفاظت خاک (P) در محیط ArcGIS تهیه شدند. از سنجنده ی ماهواره سنتینل 2 نیز جهت استخراج و تهیه فاکتور پوشش گیاهی حوضه (C) در محیط نرم افزارENVI 5.3  استفاده شد. در نهایت با ترکیب این فاکتورها در محیط نرم افزار ArcGIS مقدار فرسایش حوضه محاسبه گردید سپس با روش های مختلف نسبت تحویل رسوب (SDR) میزان رسوب تولید شده در حوضه به دست آمد. نتایج نشان داد که مقدار فرسایش در سطح حوضه از 003/0 تا 4/248 تن در هکتار در سال در سطح پیکسل متغیر بوده و میانگین هدر رفت خاک در حوضه 3/22 تن در هکتار در سال می باشد. در بین فاکتورهای مدل، فاکتور LS با ضریب همبستگی 92/0=R2 بیش ترین تأثیرگذاری در فرسایش خاک را نشان داد. همچنین مقدار نسبت SDR با روش های مختلف بین 12/0 تا 36/0 محاسبه گردید که پس از تلفیق با نقشه فرسایش، بار رسوب حوضه محاسبه شد. میانگین بار رسوب با روش بویس 8/2 تن در هکتار در سال می باشد که نسبت به روش های دیگر به مقدار رسوب ایستگاه (65/1 تن در هکتار در سال)  نزدیک تر می باشد. 

شبیه سازی فرآیند بارش- رواناب در یک حوضه از نقطه نظر درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازه های کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت ویژه ای دارد. برآورد بارش- رواناب با مدل های هیدرولوژیکی توزیعی و با استفاده از تکنیک سامانه اطلاعات جغرافیایی به صورت گسترده امکان پذیر، کاربردی و متداول شده است. مدل  وتسپا  یک مدل شبکه ای و توزیعی شبیه سازی رواناب و بیلان آبی است که در پایه زمانی متفاوت ساعتی یا روزانه اجرا می شود. در این تحقیق اقدام به شبیه سازی جریان با استفاده از مدل وتسپا  در حوضه آبریز قورچای شده است. این حوضه (به عنوان یکی از زیرحوضه های گرگانرود) با مساحت 254 کیلومتر مربع در جنوب شهرستان رامیان در استان گلستان قرار دارد. داده های مورد استفاده مدل وتسپا نقشه های کاربری اراضی، بافت خاک، مدل رقومی ارتفاعی، داده های بارش، تبخیر، دما و دبی جریان (برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل) می باشد. پس از آماده سازی داده های مورد نیاز مدل اجرا و واسنجی 11 پارامتر با دو روش دستی و خودکار برای 7 سال ابتدای دوره ی آماری و اعتبارسنجی مدل برای دوره  5 سال انجام  شد. نتایج ارزیابی مدل، صحت شبیه سازی دبی جریان و تطابق بسیار خوب بین داده های شبیه سازی شده و مشاهداتی را براساس معیار نش- ساتکلیف 21/67 درصد در دوره ی واسنجی و 34/76 درصد در دوره اعتبارسنجی نشان می دهد. همچنین ضریب رواناب محاسبه شده  توسط مدل وتسپا  برای کل حوضه  31/28درصد بوده که در مقایسه با ضریب رواناب مشاهداتی12/30 درصد  نشان دهنده ی شبیه سازی خوب مدل  است. نتایج نشان می دهد مدل در وضعیت و شرایط واقعی مکانی بر اساس 3 نقشه توپوگرافی، کاربری و نوع خاک قادر به در نظر گرفتن بارش، رطوبت پیشین و فرآیندهای تولید رواناب می باشد که باعث می شود مدل مقادیر جریان های زیاد و روند هیدرولوژیکی عمومی را به خوبی به دست آورد.

رودخانه ها از نظر شکل کانال و میزان پویایی بسیار متعددند با توجه به ویژگی های فیزیکی مشترک قابل طبقه بندی هستند روش طبقه بندی راسگن پایداری نسبی انواع رودهای مختلف را با استفاده از روابط رسوب و هیدرولیک مورد بررسی قرار می دهد. در این پژوهش به بررسی رفتار ریخت شناسی رودخانه مِرِگ (ماهیدشت) با استفاده از روش تجربی راسگن پرداخته شده است در ابتدا جهت استخراج متغیرهای ریخت شناسی مجرا از قبیل شاخص گودافتادگی، نسبت عرض به عمق، ضریب خمیدگی، شیب کانال، در محیط نرم افزار  HEC-RAS(ورژن 5.0.7) استخراج و مواد بستر حاصل بررسی های میدانی گردآوری شد. با توجه به تفاوت شیب رودخانه مِرِگ به چهار بازه تقسیم گردید میزان ضریب خمیدگی و شعاع انحنا در محیط GIS (ورژن 10.5) برای هر بخش محاسبه شد. جهت محاسبه رودخانه در سطح II راسگن 44 مقطع عرضی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که رودخانه مِرِگ در بازه ی اول در رده F6، در بازه ی دوم و سوم در رده C6 و در بازه ی چهارم رودخانه در رده B6 قرار گرفته است. مقاطع قرار گرفته در رده F6، میزان شیب بستر زیاد، شاخص گودافتادگی کم و دشت سیلابی کمتر توسعه یافته است و پتانسل فرسایش کناره خیلی زیاد بوده است. در مقاطع رده C6 میزان شیب کاهش یافته است علاوه بر آن شاخص گودافتادگی افزایش یافته و دشت سیلابی گسترش پیدا کرده است و تاثیر کنترلی پوشش گیاهی در ثبات دامنه خیلی زیاد است. مقاطع دارای رده B6، میزان شیب کمتر از سایر بازه ها است، شاخص گودافتادگی متوسط و در نهایت پتانسیل فرسایش کناره کم بوده است. بنابراین الگوهای مجرای رودخانه مِرِگ (ماهیدشت) و به تبع آن متغیرهای مؤثر در طبقه بندی و تفکیک مجراها درغالب مقاطع با مدل راسگن مطابقت دارند.

سیلاب از جمله مخاطرات طبیعی است که پیش بینی آن نیازمند ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی حوضه به مقادیر بارش است. با توجه به تنوع مدل های بارش-رواناب، انتخاب مدل مناسب شبیه سازی رفتار هیدرولوژیکی از اهمیت بسیاری برخوردار است. این مطالعه در حوضه ننه کران در استان اردبیل با هدف ارزیابی انواع روش های تبدیل بارش به رواناب سطحی، شامل هیدروگراف واحد مثلثی، مثلثی شکسته، مثلثی متغیر و SCS با مدل هیدرولوژیکی Wildcat5 پرداخته شده است. مقادیر بارش در دوره بازگشت 25 ساله با استفاده از نرم افزار Cumfreq محاسبه شد. پس از استخراج نقشه کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای، مساحت هر کاربری در حوضه با نرم افزارArcGIS  محاسبه شده است. در همه روش های تبدیل بارش به رواناب مقادیر بارش، زمان تمرکز ثابت بوده تا بهتر میزان تغییرات در مولفه های هیدروگراف نمایان شود. نتایج نشان داد که روش SCS بیش ترین دبی به مقدار 50/44 مترمکعب بر ثانیه، حداقل زمان تا اوج به مقدار 19/2 ساعت داشته و روش مثلثی متغیر هم از کم ترین میزان دبی اوج برخوردار بوده است. هم چنین روش مثلثی ساده حداکثر زمان تا اوج به مقدار 51/4 ساعت را به خود اختصاص داده که حاکی از تفاوت بسیار زیاد هیدروگراف روش SCS با سه روش دیگر بود. در مجموع روش SCS برای تخمین مولفه های هیدروگراف توصیه می شود، چون از پارامترهای مورفومتریک مانند شیب حوضه و شماره منحنی که تابعی از ویژگی های خاک و پوشش گیاهی حوضه استفاده می کند. در انتخاب روش تبدیل بارش موثر به رواناب باید دقت بیش تری در تخمین شماره منحنی و زمان تمرکز مدنظر قرار گیرد.

هدف از این بررسی، تحلیل روند تغییرات تدریجی و سریع دبی جریان  و بار رسوب  رودخانه ی مردق چای واقع در استان آذربایجان شرقی می باشد. در این راستا با استفاده از روش های ناپارامتری، داده های دبی و رسوب ایستگاه هیدرومتری قشلاق امیر در سه مقیاس زمانی سالانه، فصلی و ماهانه بررسی شده است. آزمون من-کندال اصلاح شده جهت تحلیل روند تغییرات تدریجی دبی و رسوب و آزمون تخمین گر شیب سِن برای تخمین شیب خط روند مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین از آزمون ناپارامتری پتیت برای بررسی تغییرات ناگهانی (سریع) سری زمانی دبی و رسوب رودخانه استفاده شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد دبی سالانه، ماهانه و دبی فصل بهار، تابستان و زمستان دارای روند کاهشی معنی دار در سطح 5 درصد می باشد. داده های بار رسوب سالیانه و تمام فصول در ایستگاه مردق چای نیز دارای روند کاهشی معنی دار در سطح 5 درصد می باشد. همچنین روند کاهشی معنی دار رسوب در تمام ماه ها به جز ما ه های March، April و October وجود دارد. نتایج آزمون پتیت نشان می دهد. میانگین دبی سالانه در بازه ی زمانی بعد از نقطه شکست (1998) به اندازه ی 45 درصد نسبت به بازه ی زمانی قبل از نقطه شکست کاهش داشته است. همچنین میانگین رسوب سالانه در بازه ی زمانی بعد از نقطه شکست (1996) حدود 52 درصد نسبت به بازه ی زمانی قبل از آن کاهش یافته است. بر این اساس لازم است تا مدیران با اتخاذ استراتژی های مناسب به مدیریت منابع آب حوضه در زمان های آتی بپردازند چرا که کاهش دبی، پیامدهای جبران ناپذیر زیست محیطی در داخل حوضه بوجود خواهد آورد.

فرسایش خاک یک فرایند ژئومورفیک غالب است که امنیت غذایی را در بخش های وسیعی از کره زمین را تهدید می کند. ویژگی های ژئومورفیک حوضه در هیدرولوژی، فرسایش خاک و تولید رسوب نقش مهمی دارد و می تواند شاخصی از وضعیت فرسایش و رسوبگذاری حوضه باشد. بنابراین هدف از این پژوهش ارتباط شاخص های پوشش گیاهی و ژئومورفیک با مقادیر فرسایش و رسوب در حوضه آبریز کوزه توپراقی است که با بهره گیری از قابلیت های سیستم اطلاعات جغرافیایی جهت استخراج خصوصیات ژئومورفیک حوضه انجام شد. بدین منظور مقادیر فرسایش و رسوب با استفاده از مدل پسیاک اصلاح شده (MPSIAC)، محاسبه شد. هم چنین به منظور استخراج خصوصیات فیزیوگرافی و ژئومورفیک (شامل: رطوبت توپوگرافی TWI، قدرت جریان SPI، شیب SLOPE، انحناء دامنه، انحناء پروفیل و انحناء پلان) زیرحوضه ها، از مدل رقومی ارتفاع با دقت مکانی 30 متر و نیز سایر لایه های مورد استفاده در مدل MPSIAC شامل نقشه های توپوگرافی 1:25000، زمین شناسی 1:100000 و نیز نقشه های موضوعی: خاکشناسی، پوشش گیاهی و تصاویر ماهواره ای، آمار ایستگاه های هواشناسی، باران سنجی مناطق مجاور حوضه آبریز استفاده شد. نتایج نشان داد که که ارتباط میان مقادیر فرسایش و رسوب در زیرحوضه های مورد مطالعه معنی دار است. علاوه براین، مقدار فرسایس و رسوب با مقادیر شیب نیز دارای رابطه ی معکوس و معنی دار هستند. هم چنین میان شیب و نیز شاخص قدرت آبراهه رابطه ی مثبت و معنی دار از نظر آماری وجود دارد. شاخص های مرتبط با انحناء دارای تغییرات اندکی در منطقه مورد مطالعه هستند. اما به دلیل توپوگرافی متنوع منطقه، مقادیر شیب دارای تغییرات قابل توجهی در میان زیرحوزه ها است.

درک سطوح تاب آوری شهری و برنامه ریزی برای کاهش اثرات مخاطرات مختلف، نقشی کلیدی در مدیریت بحران های شهری دارد. بر همین اساس، هدف از انجام این پژوهش، شناسایی محدوده های با تاب آوری مختلف در مناطق یازده گانه کلان شهر شیراز به منظور مقابله با بحران سیل است. پژوهش حاضر با روش Fuzzy-AHP و مبتنی بر معیارهای سطح امدادرسانی (زیرمعیارهای تراکم مراکز آتشنشانی، اورژانس، مراکز درمانی، بیمارستان، نیروی انتظامی و هلال احمر)، وضعیت محل سکونت (زیرمعیارهای تراکم محل های اسکان موقت، تراکم جمعیتی و فضاهای اشغال شده)، وضعیت دسترسی (زیرمعیارهای تراکم نوع شریانی و عرض معابر)، بافت فرسوده و وضعیت قرارگیری تجهیزات، به شناسایی محدوده های با سطوح تاب آوری مختلف (ضعیف، متوسط، خوب و خیلی خوب) می پردازد. بررسی سطح امدادرسانی نشان داد که ضعف امدادرسانی در محدوده های دور از مرکز شهر وجود دارد. بنابراین افزایش خدمات اضطراری در محلات و مناطق دور از مرکز شهر شیراز در این مکان ها پیشنهاد می شود. به لحاظ معیارها و زیرمعیارهای بررسی شده در این پژوهش، تاب آوری ضعیف تر عموماً در شرق و شمال غرب شهر دیده شد. نتایج این پژوهش می تواند در فاز پیش گیری و آمادگی مدیریت بحران، مد نظر مدیران اجرایی قرار گیرد.

شناخت ساختارهای سطحی یکی از راه های دستیابی به منابع زیرزمینی است که در این میان شناخت خصوصیات رسوبات آبرفتی برای بهره برداری، مدیریت و کنترل آب های زیرزمینی از اهمیت فراوانی برخوردار است، دشت شهریار که سهم مهمی از آب های مصرفی شهر تهران را تأمین می کند پوشیده آز آبرفت های کواترنری است. دشت شهریار در غرب شهر تهران و در منتهی الیه ضلع جنوبی البرز مرکزی قرار گرفته که باید اقداماتی برای تعیین ضخامت این نهشته ها صورت پذیرد، هدف از این پژوهش تعیین ضخامت نهشته های این دشت است. روش های ژئوفیزیکی مختلفی برای برآورد میزان ضخامت لایه های مختلف زمین وجود دارد که کاربردهای بسیاری دارند. برای تعیین خصوصیات نهشته های آبرفتی از جمله جنس، عمق، ضخامت و ... در منطقه مورد مطالعه از داده های سونداژهای الکتریکی که شامل  12 پروفیل و تعداد 186 مقطع از سازمان آب منطقه ای دریافت شد و نقشه آن در محیط نرم افزار GIS تهیه گردید و از نظر جنس و ضخامت مورد تحلیل و بررسی قرارگرفتند. سایر اطلاعات لازم شامل داده های اقلیمی، نقشه های زمین شناسی، داده های و نقشه DEM دریافت و پس از بررسی و صحت سنجی داده ها در محیط GIS با انتخاب روش درونیابی کریجینگ معمولی با سمی واریوگرام نمایی انتخاب گردید و نقشه های ضخامت آبرفت و توپوگرافی لایه های زیرین شامل: نقشه هم ضخامت آبرفت، نقشه توپوگرافی سطح رسوبات تبخیری، نقشه توپوگرافی توف و سنگ های آذرین، نقشه توپوگرافی سنگ کف منطقه، نقشه هم ضخامت رسوبات تبخیری و نقشه توپوگرافی سطح کنگلومرا منطقه با بالاترین دقت ممکن تهیه و ویژگی های افقی و عمودی این نهشته ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که میزان ضخامت حداکثر آبرفت تا 350 متر در مرکز است و هرچه به سمت حاشیه دشت نزدیک تر می شویم از ضخامت آبرفت کاسته می شود، این کاهش ضخامت در ناحیه غرب و شمال غربی دشت به حداکثر خود رسیده به طوری که در ناحیه غربی و جنوب غربی منطقه در حدود 10 متر تشخیص داده شد.