شماره منحنی

کاربری اراضی یک خصوصیت مهم در فرآیند رواناب می باشد که بر روی نفوذ، فرسایش و تبخیر و تعرق اثر می گذارد. در این مطالعه، تاثیر الگوریتم های طبقه بندی تصاویر ماهواره ای بر نقشه های کاربری اراضی و شماره منحنی رواناب و همچنین دبی سیلاب به کمک GIS وRS بررسی شده است. این تحقیق بر روی حوضه ی آبریز منصورآباد بیرجند و به کمک تصاویر ماهواره لندست 7 (ETM+) انجام گردیده است. نقشه ی کاربری اراضی به کمک الگوریتم های حداکثر احتمال، حداقل فاصله و فاصله ی ماهالانوبیس با استفاده از تصاویر ماهواره ای تعیین شد. سپس نقشه ی پوشش گیاهی به کمک شاخص NDVI و نقشه ی گروه هیدرولوژی خاک با استفاده از نقشه های خاک، زمین شناسی و توپوگرافی تهیه گردید. با تلفیق نقشه های کاربری اراضی، پوشش گیاهی و گروه هیدرولوژی خاک در GIS و به کمک جدول SCS، نقشه شماره منحنی رواناب برای هر یک از الگوریتم ها تعیین شد. همچنین برای ارزیابی صحت شماره ی منحنی به دست آمده از هر یک از الگوریتم ها، دبی حداکثر سیلاب به کمک مدل HEC-HMS محاسبه و با مقدار اندازه گیری شده، مقایسه گردید. نتایج نشان داد که الگوریتم های حداکثر احتمال و فاصله ماهالانوبیس به ترتیب با ضریب کاپای طبقه بندی 7/0و 65/0 و صحت دبی 80% و 72% با نتایج اندازه گیری شده، بهترین روش ها برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای هستند. این تحقیق همچنین مشخص کرد که تغییر الگوریتم طبقه بندی، اثر بسیار زیادی بر روی شماره منحنی و دبی سیلاب می گذارد.

تعیین پتانسیل سیل خیزی حوضه های آبخیز و اولویت بندی زیرحوضه ها، یکی از مهم ترین اقدامات در مطالعات آمایش سرزمین محسوب می شود. در تحقیق حاضر اولویت بندی پتانسیل سیل خیزی زیرحوضه ها در آبخیز پل شاه در استان کرمانشاه انجام شد. بدین منظور ابتدا داده ها و لایه های مختلف از قبیل کاربری اراضی، اقلیم و هیدروگراف سیلاب و بارش متناظر منطقه مطالعاتی تهیه گردید. سپس با کنترل داده های متناظر بارش و سیلاب، دو رویداد در مرحله واسنجی (22/08/1391 و 06/09/1391) و یک رویداد در مرحله اعتبارسنجی (20/12/92) بکار گرفته شدند. به منظور شبیه سازی بارش-رواناب از روش SCS و برای تعیین تلفات اولیه از روش شماره منحنی از نرم افزار HEC-HMS استفاده شد. ارزیابی مدل با ضریب ناش-ساتکلیف انجام شد. همچنین به منظور تعیین بارش طرح، از توزیع های آماری در نرم افزار SMADA در دوره آماری 1377-1394 استفاده گردید. نتایج نشان داد ضریب کارایی مدل بعد از واسنجی برای هر دو رویداد مثبت بوده و به 872/0 و 173/0 ارتقاء یافته اند. همچنین درصد خطای دبی اوج نیز صفر شد. در مرحله اعتبارسنجی بر اساس میانگین مقادیر اصلاح شده شماره منحنی و تلفات اولیه نیز، ضریب کارایی برابر 336/0 و خطای دبی اوج، 8 درصد شد که دقت و صحت مدل سازی به اثبات رسید. در بررسی پتانسیل سیل خیزی مشخص شد که بارش طرح با مقدار 93 میلی متر قادر است سیلابی با دبی اوج m3/s 200 در خروجی حوضه ایجاد نماید. با بررسی سهم مشارکت زیرحوضه ها مشخص شد که زیرحوضه های خروجی به دلیل وضعیت زمین شناسی و پوشش، پتانسیل سیل خیزی بیشتری داشته و زیرحوضه های بالادست سیل خیزی کمتری دارند

یکی از روش های برآورد ارتفاع رواناب، روش شماره منحنی ( CN ) است که نشانگر رفتار هیدرولوژیکی حوضه است. داده ها و اطلاعات مورد نیاز از نقشه توپوگرافی1:25000 و نقشه زمین شناسی 1:100000 توسط سازمان زمین شناسی کشور استفاده شد . از نرم افزار SMADA برای محاسبه بارشهای کوتاه مدت در دوره بازگشت های مختلف و از نرم افزار GIS Arc برای تهیه نقشه شماره منحنی با تلفیق نقشه های پوشش گیاهی، کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیک خاک با استفاده از جدول سازمان حفاظت خاک آمریکا ( SCS ) استفاده گردید و سپس نقشه ارتفاع رواناب حوضه حصارک تهیه شد. هدف از این مطالعه تعیین شماره منحنی و برآورد ضریب رواناب و حداکثر دبی اوج سیل با استفاده از روش SCS در حوضه حصارک و پهنه بندی پتانسیل تولید رواناب در حوضه آبخیز می باشد. نتایج تحقیق نشان داد که وضعیت هیدرولوژیکی اراضی و گروه های هیدرولوژیکی خاک در سطح حوضه مهم ترین پارامتر تعیین کننده CN بوده و بر روی رواناب تأثیرگذار است. بیشترین پتانسیل تولید رواناب در پایین دست حوضه است که با کاربری اراضی شهری مشخص شده است. همچنین میانگین وزنی شماره منحنی های بدست آمده برای هر زیرحوضه نشان داد، در زیرحوضه چپ دره با شماره منحنی 88 و میانگین رواناب 28/15 میلیمتر بیشترین حجم رواناب، زیرحوضه دوچناران با شماره منحنی 89/3 و میانگین رواناب 24/54 میلیمتر و زیرحوضه تقاطع دو شاخه با شماره منحنی 90/1 و میانگین رواناب 17/36 میلیمتر کمترین حجم رواناب احتمالی و پتانسیل سیلخیزی را دارد. اما به طور کلی پتانسیل تولید رواناب در این حوضه نسبتاً بالا می باشد. بیشترین مقدار شماره منحنی رواناب در شرایط رطوبتی زیاد در منطقه مورد مطالعه 99 و کمترین مقدار 78 است.

رشد فیزیکی روزافزون شهرهای امروزی، باعث افزایش ضریب نفوذناپذیری، سرعت و حجم رواناب حاصل از بارندگی شده است؛ بنابراین احتمال بروز رواناب در هنگام بارش های شدید بالا رفته است. هنگام وقوع بارندگی، هرچه میزان آسیب پذیری یک محدوده بیشتر باشد، آن محدوده بیشتر در معرض خطر قرار می گیرد. با توجه به اینکه هدف اصلی طرح ها و اقدامات کنترل سیلاب، کاهش میزان آسیب پذیری است، پیش از هر اقدامی لازم است بخش های آسیب پذیر شهر مشخص شود. از نگاه سیستمی، لازم است کلیه عواملی که در ایجاد رواناب های مسأله ساز شهری تأثیر دارد، شناسایی شود. هدف این پژوهش، دستیابی به شاخص های برنامه ریزی شهری مؤثر در ایجاد رواناب های سطحی شهر کرمان و همچنین، تهیه نقشه آسیب پذیری خطر مذکور است. روش به کار رفته در تحلیل معیارها، روش تحلیل سلسله مراتبی فازی است؛ ازاین رو در این پژوهش مناطق شهر کرمان با توجه به آمار بارندگی، اطلاعات فیزیولوژیکی موجود و سایر عوامل تأثیرگذار، مورد مطالعه قرار گرفت. برآورد ارتفاع و حجم رواناب با روش SCSکه در مقیاس زیرحوضه مورد استفاده قرار می گیرد، محاسبه شد. ﭼﮕﻮﻧﮕﯽ نتایج به دست آمده از ﺑﺮآورد ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺑﺎرﻧﺪﮔﯽ ﺑﻪ ﺑﺎرﻧﺪﮔﯽ مازاد در زیرحوضه ها با عنوان شماره منحنی، مورد تحلیل قرار گرفت. در نهایت نقشه های شماره منحنی رواناب با استفاده از ابزار ArcCN-Runofدر محیط ArcGISتهیه شد. نتایج کلی حاکی از تأثیر عوامل جوّی، انسانی و زمینی بر این رخداد بود که عوامل زمینی بیشترین تأثیر را داشته است. همچنین، نقشه پراکنش فضایی ارتفاع رواناب های مسأله ساز در سطح مناطق نشان داد که بخش های مرکزی شهر کرمان، بیشترین زمینه خطرپذیری رواناب را دارد.

فعالیت بشر به شکل های گوناگون احتمال وقوع سیل را افزایش داده است، در کشور ایران، تنوع آب و هوایی و شرایط خاص جغرافیایی، زمینه پیدایش و شکل گیری انواع مخاطرات طبیعی را فراهم ساخته است. قرار گرفتن شهرها و روستاهای ایران در مناطق کوهپایه ای، از میان رفتن پوشش گیاهی، رعایت نکردن حریم امنیتی رودخانه هایی که غالباً از میان و یا کنار شهرها می گذرند، ساخت وسازهای بی رویه در مسیر رودخانه ها، زیر کشت بردن اراضی کنار رودخانه ها و سایر عوامل مشابه، از دلیل اصلی وقوع جریان های سیلابی است. شهر ایذه هرساله شاهد سیلاب های عظیم شهری است که خسارت های زیادی به شهر وارد شده است. در راستای بررسی این سیلاب ها، حوضه های مشرف به شهر مورد بررسی قرار گرفته است شماره منحنی (CN) از روی مشخصات خاک، نوع بهره وری از زمین و شرایط رطوبت قبلی خاک در محیط نرم افزار GIS تهیه گردید و شدت و مدت بارش های منطقه با استفاده از مدل قهرمان در دوره بازگشت های مختلف محاسبه و سپس با استفاده از نرم افزار SCS دبی اوج در هر دوره بازگشت محاسبه گردید. نتایج تحقیق نشان داد که با توجه به دبی اوج با شدت های 30، 60 و 120 دقیقه و با دوره بازگشت های 2، 5، 10، 20، 50 و 100 ساله، حوضه تپه شهدا بیشترین میزان حجم رواناب را به سمت شهر گسیل کرده و بیشترین نقش را در وقوع سیلاب شهری ایذه داشته است و پس ازآن حوضه الهک نقش بسزایی در وقع سیلاب و آبگرفتگی معابر شهر ایذه داشته است. همچنین سیلاب های ایجاد شده توسط حوضه شیخان بیشترین آسیب را به زمین های کشاورزی وارد می سازد. از عوامل مهم تأثیرگذار بر ایجاد این سیلاب ها تغییر بستر طبیعی رودخانه به کانال های مصنوعی بدون در نظر گرفتن ظرفیت دبی و عدم افزایش ظرفیت کانال ها از بالادست به سمت ورود به شهر است. در مسیرهای مختلف جریان های متعددی به کانال اضافه می شود و حجم دبی را چند برابر می کند درصورتی که حجم کانال ثابت باقی مانده است.

استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS و سنجش از دور در تسهیل تخمین رواناب حوضه آبخیز در قرن اخیر (دهه های اخیر) رواج یافته است. این عمل با استفاده از مدل بارش - رواناب انجام می گیرد که شامل تغییرات اقلیمی و ژئومورفولوژیکی است. یکی از روش های برآورد ارتفاع رواناب، روش شماره منحنی (CN) است که رفتار هیدرولوژیکی حوضه را نشان می دهد. در این پژوهش از نرم افزار Arc GIS برای تهیه نقشه شماره منحنی با تلفیق نقشه های پوشش گیاهی، کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیک خاک استفاده و سپس نقشه ارتفاع رواناب سالیانه حوضه حصارک تهیه شد؛ علاوه بر این، با استفاده از روش های تجربی، رواناب سالیانه منطقه پژوهش برآورد و مقایسه شد. هدف این مطالعه، برآورد ارتفاع رواناب سالیانه و حداکثر دبی اوج سیل حوضه حصارک و مقایسه مقادیر رواناب برآوردشده با استفاده از روش ایکار، جاستین، انگلی- دی سوزا و SCS-CN در حوضه آبخیز است. مقایسه مقادیر رواناب برآوردشده در روش های مختلف با مقادیر رواناب مشاهداتی نشان داد روش SCS-CN انطباق بیشتری با رواناب و دبی مشاهداتی دارد. مزیت این مدل، استفاده از مؤلفه های مختلف نظیر بارش سالیانه، میزان نگهداشت خاک و نفوذپذیری و شماره منحنی حوضه است که سبب شده مقدار رواناب اندازه گیری شده از این روش به مقدار مشاهده شده نزدیک تر باشد.

این تحقیق در حوضه آبخیز رودخانه وربند لارستان واقع در استان فارس در سطحی معادل 5/925 کیلومتر مربع و با استفاده از تصاویر ماهواره ای IRS و سنجندهP6 (سال 2006 ) انجام گردیده است بطوریکه با استفاده از نرم افزار ERDAS8.7 تصحیحات مکانی تصاویر مربوطه با استفاده از 15 نقطه و با معادله آفاین با RMSE=0.42 و تصحیحات رادیومتری از طریق الگوریتم مستطیل های معادل انجام گردید و با استفاده از فاکتور شاخص مطلوب ، بهترین ترکیب باندی انتخاب و برای تهیه نقشه کاربری از طبقه بندی نظارت شده با الگوریتم حداکثر احتمال تشابه انجام گردید ، و با استفاده از آزمون صحت کلی وآماره کاپا صحت لایه کاربری به ترتیب 90/0 و88/0 برآورد گردید سپس با استفاده از الگوریتم TPSs وگرادیان ارتفاع- بارش نقشه همباران  در محیط ARCGIS9.2 تهیه شد و با استفاده از نقشه گروههای هیدرولوژیک وکاربری، نقشه شماره منحنی تهیه گردید. بالا بودن شیب حوضه، نامناسب بودن تشکیلات سازندها، تبخیر و تعرق بالا،بافت ریز خاک، شدت بالای رگبارش، تغییر کاربری،تراکم پائین تاج پوشش وفقیر بودن مراتع ازجمله عوامل موثر در سیل خیزی حوضه میباشد. بررسی تک تک پارامترهای مورفومتری حوضه نشان می دهد که عوامل شیب، مساحت، شکل حوضه، زمان تمرکز، درصد تراکم آبراهه از مهمترین عوامل تاثیر گذار در حوضه می باشد. وجود بارش های با شدت 15 دقیقه ای برای رگبارش های 6 ساعته عامل اصلی در تخریب ساختمان خاک وتسریع در جریان تجمعی رواناب سطحی درحوضه وربند می باشد .نقشه پهنه بندی پتانسیل سیل خیزی حوضه در 4 کلاس خیلی کم، کم، متوسط و زیاد ارائه گردید نتایج این تحقیق نشان داد کل رواناب تولیدی در این حوضه 6/42283796 مترمکعب می باشد، که زیر حوضه های M ،K وA به ترتیب با 7/11 ، 3/11 و 01/10 درصد دارای سیل خیزی بالا و زیر حوضه های  CوG به ترتیب با3/4 و3/5 درصد دارای کمترین  هستند.  

جمع آوری آب باران گزینه ای مناسب جهت ذخیره رواناب سطحی جهت کاربرد های بعدی طی دوره های با محدودیت دسترسی به آب است. مهم ترین مرحله در به کارگیری سامانه های جمع آوری آب باران، مکان یابی عرصه های مناسب است. لذا با شناسایی محل های مناسب برای این منظور، در زمان و هزینه صرفه جویی می شود. در این پژوهش، برای مکان یابی روش جمع آوری آب باران درجا در حوزه آبخیز تجره از مدل رگرسیون چند متغیره و همچنین سامانه اطلاعات جغرافیایی استفاده شد. بدین منظور لایه های تاج پوشش، لاشبرگ، سنگ و سنگ ریزه، خاک ل خت، شماره منحنی، بارش، شیب و عمق خاک به عنوان متغیر مستقل و عامل نفوذ نیز به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شد. سپس با توجه به نقشه های تهیه شده، مقادیر آن ها به صورت متوسط برای هر یک از زیرحوضه های 27 گانه محاسبه شد. همچنین برای بررسی ارتباط بین این متغیر ها و وزن دهی به هر یک، عوامل موثر از رگرسیون چند متغیره به روش گام به گام استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل رگرسیون چند متغیره خطی با ضریب تبیین 0/993 به خوبی توانسته است مقادیر عامل نفوذ را برآورد نماید. از لحاظ درجه اهمیت نیز متغیر های شماره منحنی با ضریب 2/433-، عمق خاک با ضریب 0/348 و درصد سنگ و سنگ ریزه با ضریب 0/057 به ترتیب دارای بیشترین اهمیت بوده و سایر عوامل دارای اهمیت معنی داری نبودند. مقایسه نقشه حاصل از مکان یابی رگرسیون چند متغیره در این تحقیق با برخی معیار های توصیه شده سوابق پژوهشی مختلف نشان داد که کلاس های پیش بینی شده با تناسب خوب در بخش های مرکزی حوضه و بسیار خوب مناطق بالادست حوضه که در قسمت شرقی و جنوب شرقی حوضه دارای هم پوشانی با مناطق توصیه شده با این معیار ها است.

سیل از جمله مخاطرات ناشی از تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی در اکثر نقاط دنیاست که سالانه خسارات بسیار زیادی بر جوامع تحمیل می کند. برای مدیریت و پیش بینی سیل خیزی یک منطقه، تخمین پتانسیل ارتفاع رواناب نقش مهمی دارد؛ در این راستا سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS) یکی از مؤثرترین روش ها را ارائه داده است که برای حوضه های فاقد آمار بسیار مناسب می باشد. مطالعه ی حاضر نیز با هدف محاسبه و تحلیل پتانسیل سیل خیزی در داخل شهر مشکین شهر و حوضه ی پیرامونی با استفاده از روش (SCS) انجام شد. با توجه به اینکه محدوده ی مورد مطالعه شامل داخل شهر و حوضه ی پیرامون است و تنوع کاربری بالایی دارد؛ تخمین ضریب رواناب با روش های دستی به سختی امکان پذیر است. بنابراین به منظور سرعت و دقت در انجام کار، از نرم افزار ArcGIS و الحاقیه های Arc-Hydro و ArcCN-Runoff استفاده گردید. در گام اول نقشه ی کاربری اراضی منطقه با جدول شاخص مقایسه و با اطلاعات گروه هیدرولوژیکی خاک تلفیق شد، سپس شماره ی منحنی (CN) که یک عامل مهم در روش SCS است به دست آمد. در گام بعد با لحاظ میانگین بارش و CN، پتانسیل رواناب محدوده محاسبه گردید و نتایج به صورت دو نقشه CN و ارتفاع رواناب، پهنه بندی شد؛ که CN از شماره ی منحنی 32 تا 98 (میانگین 88/76) در 5 کلاس و ارتفاع رواناب نیز از صفر تا 99/0 (با میانگین 28/0 برای کل منطقه و 31/0 برای محدوده ی داخل شهر)، در 5 کلاس طبقه بندی گردید.

  تغییرات کاربری و پوشش اراضی تأثیر مستقیمی بر تغییر رژیم هیدرولوژیکی حوضه دارد. به عبارتی می تواند با افزایش سطوح زمینهای بایر و کاربریهای مشابه آن باعث سیل خیزی 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 به وجود آمده در کاربری و پوشش اراضی حوضه آبریز سد علویان در بازه زمانی 2013-1987، بر روی سیل خیزی 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 دوره های زمانی 1987 ، 2000 و 2013 شماره منحنی (CN) منطقه برای هر دوره زمانی به دست آوردیم و سپس با استفاده از این نقشه ها، میزان نگهداشت خاک (S) را محاسبه کردیم و در نهایت میزان رواناب حاصل از شبیه سازی بارش 100 میلی متری از طریق مدلSCS  برآورد گردید که نتیجه حاکی از افزایش رواناب یا به عبارتی سیل خیز شدن حوضه بر اثر تغییر کاربری و پوشش اراضی است. با توجه به وجود رابطه بین بارش و دبی در بازه های 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 ماهواره ای مودیس از دبی کل، بقیه دبی به عنوان 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.