رواناب سطحی

در مناطق شهری بخش زیادی از زمین به وسیله سطوح نفوذ ناپذیر پوشیده شده که این امر منجربه تشکیل رواناب سطحی و باعث بروز سیل و آب گرفتی در سطح شهرها می شود. برای انجام این تحقیق که در منطقه 12 شهرداری تهران انجام شد با استفاده از پارامتر بارندگی و ویژگی های فیزیکی حوزه از طریق مدل هیدرولوژی – هیدرولیکی، SWMM میزان رواناب سطحی در دوره بازگشت های مختلف برای سه کانال خیام، شهرداری و 17 شهریور در منطقه مورد مطالعه برآورد گردید. سپس از طریق 4 رخداد بارندگی در روزهای 21/8/94، 10/9/94، 20/11/94 و 30/1/95، مدل با استفاده از 3 آماره نش-ساتکلیف، ریشه مربع خطا و BIAS مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج نشان از کارایی مدل در برآورد رواناب سطحی دارد. نتایج حاصل از آنالیز حساسیت نشان داد که درصد مناطق نفوذ ناپذیر بیشترین تاثیر و درصد مناطق نفوذ ناپذیر بدون ذخیره سطحی کمترین تاثیر را در ایجاد دبی های اوج دارند. از آنجایی که تونل 17 شهریور در شرقی ترین قسمت منطقه مورد مطالعه توان عبور رواناب با دوره بازگشت 20 سال به بالا را ندارد لذا ابعاد کانال باید مورد بازنگری قرار گیرد که از روش سعی و خطا حالت بهینه توان عبور جریان از کانال برآورد گردید. به طور کلی می توان نتیجه گرفت که مدل SWMM دقت مورد نیاز برای شبیه سازی رواناب شهری و به تبعیت از آن طرح های مدیریت رواناب شهری و طراحی شبکه جمع آوری آب های سطحی در مناطق شهری را دارد.

سیلاب یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی و تأثیرگذار بر هدررفت خاک و آسیب به زیرساخت های انسانی است. هدف پژوهش حاضر، برآورد ارتفاع رواناب تولیدی حاصل از بارش مازاد و تحلیل تغییرات مکانی مقادیر ارتفاع رواناب و حجم رواناب در حوضه آبخیز شارقنج بیرجند است. در این پژوهش میزان رواناب تولیدی ناشی از حداکثر بارش 24 ساعته در دوره های بازگشت مختلف با استفاده از روش SCS برآورد شده است. برای این کار حداکثر بارش 24 ساعته ایستگاه های اطراف منطقه با روش عکس مجذور فاصله (IDW) میان یابی شد. در ادامه پس از تهیه نقشه شماره منحنی، برای تخمین رواناب نیز از روش SCS استفاده و حجم رواناب محاسبه شد. نتایج نشان داد از غرب به شرق شماره منحنی به دلیل وجود باغ های زرشک و اراضی زراعی آبی کاهش می یابد. براساس نقشه همبستگی مکانی مقادیر ارتفاع رواناب، خوشه های زیاد-زیاد (HL) در بخش های بالادست حوزه تشکیل شده است. هم چنین خوشه های کم-کم (LL) در بخش های پایین دست شکل گرفته که ناشی از مقادیر بالای بارش در بخش بالادست و شیب بالای زیرآبخیزها مرتبط دانست. مقادیر همبستگی مکانی حجم رواناب نشان داد که تجمع حجم رواناب در زیرآبخیزهای واقع در پایین دست منطقه موردمطالعه بیش تر است و تشکیل خوشه های زیاد-کم (HL) کم داده است. به عبارتی در زیرآبخیزهای پایین دست و مجاور خروجی منطقه میزان حجم سیلاب بیش تر شده است. براساس نتایج عوامل مختلف از جمله شیب، کاربری اراضی، شماره منحنی و گروه هیدرولوژیکی خاک بر آن تأثیرگذار است که بر تغییرات مکانی مولفه های ارتفاع و حجم رواناب موثر بوده و رفتار هیدرولوژیک سیلاب را تعیین می کند.

در حال حاضر تغییر اقلیم موجب بر هم خوردن چرخه ی هیدرولوژیکی زمین به ویژه توزیع زمانی و مکانی آن شده است، لذا بررسی و پیش بینی تغییرات آن بسیار مهم می باشد. در مطالعه ی حاضر اثر تغییر اقلیم بر میزان بارش، دما و رواناب در سه زیرحوضه از حو ضه ی آبخیز همدان- بهار مورد بررسی قرار گرفت. از مدل WETSPASS، جهت برآورد رواناب و از مدل LARS-WG به منظور پیش بینی متغیرهای اقلیمی در طی ۲۰۴۳ - ۲۰۱۴ استفاده شد. نتایج نشان داد مدلHadCM3  با بیشترین ضریب وزنی و کمترین خطا بیشترین کارایی را در شبیه سازی بارش و دما برای منطقه ی مطالعاتی دارد. طبق نتایج ریزمقیاس نمایی، در دوره ی آتی میانگین دمای حداقل و حداکثر به ترتیب حدود 22/1 و 9/0 درجه سانتی گراد افزایش و مجموع بارش حدود ۸ درصد کاهش می یابد. نتایج بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر هیدرولوژی آینده ی حوضه نشان داد، حجم رواناب برای هر سه زیرحوضه تحت سناریو ی A2 کاهش و تحت سناریو ی  B1برای زیرحوضه ی شماره ی ۱ و ۲ کاهش و برای زیر حوضه  ۳ افزایش خواهد یافت. مجموع رواناب ورودی به دشت تحت سناریو A2، ۳۶درصد کاهش و تحت سناریو B1، ۸ درصد افزایش خواهد یافت، که تغییرات سیستم منابع آب حوضه را تحت تأثیر قرار خواهد داد. نکته ی قابل توجه کاهش بارش در فصول زمستان و بهار و بر هم خوردن توزیع زمانی بارش و افزایش دما است،که همراه با تغییر کاربری اراضی می تواند تأثیر منفی قابل توجهی در آینده مدیریت منابع آب داشته باشد. بنابراین پیشنهاد می شود، در برنامه ریزی آینده منابع آب مورد توجه واقع شود.  

تغییر کاربری اراضی یک چالش هیدرولوژیک در آبخیزداری شهری است که با تأثیر بر رواناب سطحی روش های مدیریت مناب ع آب را تغییر م ی دهد. تکنیک های سنجش از دور و استفاده از تصاویر ماهواره ای می تواند به بهبود و تسریع در مطالعات منابع طبیعی و مدیریت حوزه های شهری بیانجامد. در این تحقیق رابطه ی مقادیر گسترش شهری و رواناب حوزه با استفاده از مدل سازی هیدرولوژیک، سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور بررسی شد. ابتدا برای تهیه ی نقشه ی کاربری اراضی شهرستان اسدآباد از داده های رقومی سنجنده های TM و ETM+ ماهواره ی لندست های 5 و 7 ماه اردیبهشت در سال های 1992، 2002، 2014 استفاده شد. برای طبقه بن دی نظارت شده از روش حداک ثر احتمال و برای برآورد رواناب سطحی، روش سرویس حفاظت منابع ملی  (NRCS-CN)استفاده شد. سپس نقشه های کاربری اراضی، شماره منحنی و ارتفاع رواناب محاسبه و ترسیم شد. نتایج نشان داد که با افزایش مساحت کاربری شهری از سال 1992 تا 2014 به میزان 95/4  درصد و تغییرات رواناب سطحی تا 8/15 درصد افزایش داشته است. که حجمی معادل 350 مترمکعب خواهد بود که این حجم رواناب در یک شهر کوچک قابل ملاحظه و بعضاً خطرناک است. 

تغییرات کاربری اراضی، یکی از عواملی است که بر خصوصیات رواناب سطحی و سیلاب در سطوح مختلف حوضه ها، تأثیر می گذارد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر تغییرات بوجود آمده در کاربری و پوشش اراضی بخشی از حوضه ی آبخیز قره سو اردبیل در بازه ی زمانی 2012-1992 بر روی ارتفاع رواناب حوضه است. بدین منظور ابتدا با استفاده از نقشه ی گروه هیدرولوژیکی خاک و نقشه ی کاربری اراضی مربوط به سال های 1992، 2002 و 2012، شماره ی منحنی منطقه به دست آمد و سپس با استفاده از این نقشه ها، میزان نگهداشت ویژه ی خاک (S) محاسبه و میزان رواناب از طریق روش SCS برآورد شد. نتایج نشان داد که در طول دوره های مورد مطالعه، مساحت کاربری های اراضی جنگل، زراعت آبی و زمین بایر به ترتیب 54/2، 69/16 و 19/1 درصد کاهش پیدا کرده و مساحت کاربری های مرتع، زراعت دیم و مناطق مسکونی به ترتیب 74/5، 39/12 و 29/2 درصد افزایش یافته است. این تغییرات باعث افزایش شماره ی منحنی از 57/78 در سال 1992 تا مقدار 77/79 در سال 2012 شده و به دنبال آن نگهداشت ویژه از 28/69 در سال 1992 به مقدار 42/64 در سال 2012 کاهش پیدا کرده است. تغییرات این عوامل باعث افزایش رواناب از مقدار 4/263 میلی متر در سال 1992 تا 07/297 میلی متر در سال 2012 گردیده است که بیانگر افزایش 67/33 میلی متری (33/11 درصد) رواناب در طول دوره ی مورد مطالعه می باشد. محاسبه ی ضریب همبستگی بین کاربری های مختلف و شماره ی منحنی و ارتفاع رواناب نشان داد که این متغیرها با کاربری های مرتع، زراعت دیم و مناطق مسکونی رابطه ی مستقیم دارند، در حالی که با کاربری های جنگل، زراعت آبی و زمین بایر، دارای رابطه ی معکوس هستند.

یکی از مهم ترین اثرات تغییر اقلیم تشدید چرخه هیدرولوژیکی می باشد که موجب تغییر میزان دما، تبخیر و تعرق و تغییر الگوی بارش می شود. پژوهش حاضر باهدف پیش بینی تغییرات دما، بارش و ارزیابی تأثیرات تغییر اقلیم بر وضعیت رواناب های سطحی حوضه آبریز ارس واقع در شمال غرب ایران صورت گرفت. شبیه سازی شرایط اقلیمی در محیط نرم افزار LARS-WG تحت سناریو RCP8.5 انجام شد و در محیط نرم افزار اکسل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با استفاده از مدل تجربی ترنت وایت اصلاح شده میزان تبخیر و تعرق پتانسیل برای دو دوره مشاهداتی و شبیه سازی برآورد گردید. جهت اطمینان از صحت سنجی مدل از شاخص های خطا سنجی میانگین ﻣﺠﺬور ﻣﺮﺑﻌﺎت ﺧﻄﺎ (RMSE)، و ضریب تعیین (R2) و ضریب کارایی نش - ساتکلیف (ENS) نیز استفاده شد، همچنین مدل سازی تغییرات رواناب سطحی در محیط نرم افزار GIS و افزونه SWAT انجام شد و پس از  تشکیل واحدهای هیدرولوژیکی (HRU) جهت واسنجی و اعتبارسنجی مدل شرایط پایه برای تغییرات رواناب های سطحی انتخاب گردید و برای ایستگاه های هیدرومتری اعتبارسنجی صورت گرفت. نتایج پژوهش نشان می دهد با مدل سازی داده های اقلیمی طی دوره شبیه سازی میزان دما و تبخیر و تعرق افزایش خواهد یافت و در مقابل میزان نزولات جوی کاهش اتفاق افتاده و روانا ب سطحی کاهش پیدا می کند. همچنین نتایج صحت سنجی برای داده های اقلیمی نشان داد که دقت مدل در ایستگاه های منتخب موردبررسی بالا بوده است و برای پارامتر بارش به دلیل ماهیت ناپیوسته آن، همبستگی بین داده ی کمتر از پارامتر دما و متفاوت می باشد. نتایج مدل سازی هیدرومتری حوضه ها نشان داد که  مقدار نش – ساتکلیف به مقدار 1 نزدیک بوده  و ضریب همبستگی بین داده ها  99/0  می باشد که نشان دهنده کارایی بالایی مدل جهت شبیه سازی و برآورد تغییرات اقلیم و اثرات آن بر میزان رواناب های سطحی می باشد.