برآورد ارتفاع رواناب جهت تحلیل پتانسیل سیل خیزی حوزۀ آبخیز مشرف به شهر ملایر

مقدمه و هدف: همه‌ساله با نفوذ سامانه‌های بارشی و همچنین شرایط محلی که بیشتر تحت تاثیر فعالیت‌های غیراصولی بشر است، سیل خسارات زیادی به منابع طبیعی، سکونت‌گاه‌ها و پروژه ها وارد می‌کند. گاهی در اثر سیلاب ایستگاه های هیدرومتری تخریب شده و یا اینکه حوزه آبخیز کوچک فاقد ایستگاه هیدرومتری می‌باشند، درنتیجه برآورد رواناب و دبی‌های حداکثر سیلاب نیازمند روش مناسبی است تا در این حوضه‌ها، مقادیر رواناب و سیلاب محاسبه‌شده و از خسارات آن ها پیشگیری شود. پیشگیری از این خسارات زمانی اهمیت دوچندانی دارد که حوضه موردمطالعه مشرف‌ به مکان‌هایی با تراکم بالای سکونتگاه و تاسیسات شهری باشد که می‌تواند جان بسیاری از ساکنین را تهدید نماید. در این تحقیق حوزه آبخیز مشرف‌ به شهر ملایر به‌منظور برآورد میزان رواناب در هریک از زیر حوضه‌های آن موردبررسی قرار گرفت. مواد و روش‌ها: حوزه آبخیز مشرف به شهر ملایر با وسعت 14700 هکتار از شمال تا شمال شرقی شهر کشیده شده است. پردازش مدل رقومی ارتفاعی و بازدید های میدانی منجر به شناسایی 5 زیر حوضه در منطقه مشرف‌ به شهر شد. برای برآورد ارتفاع رواناب و حجم سیلاب در هر زیر حوضه از روش شماره منحنی استفاده شد. شدیدترین واقعه بارش به مقدار 88 میلی متر در روز با در دوره بازگشت 30 سال به عنوان بارش طراحی و مقدار بارش پیشین در 5 روز قبل از این واقعه با مقدار تجمعی 45/2 میلی متر لحاظ شد. برای محاسبه پارامترهای فیزیکی حوضه در این مطالعه با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی نقشه‌های توپوگرافی، زمین‌شناسی، پوشش گیاهی، خاک و همچنین نقشه کاربری اراضی رقومی یا تولید شد. با به کارگیری تصاویر سنتینل-2 که دارای 13 باند طیفی و توان تفکیک مکانی 10 متری است هم‌زمانی نقشه‌های وضعیت کاربری اراضی و بارش طراحی تامین شد. سپس با استفاده از تلفیق لایه‌های گروه‌های هیدرولوژیکی خاک، کاربری اراضی و پوشش گیاهی و با به‌کارگیری روش سرویس حفاظت خاک ایالات‌متحده، نقشه شماره منحنی تولید شد. با توجه به مقدار بارندگی 5 روز قبل و قرار‌گیری حوضه در شرایط رطوبت پیشین مرطوب، مقدار شماره منحنی برای حالت مرطوب تصحیح شد. مقادیر شماره منحنی با سه رویکرد شماره منحنی وزنی برای هر زیر حوضه، میانگین حسابی شماره منحنی هر زیر حوضه و رویکرد ارتفاع رواناب وزنی برای هر شماره منحنی در واحدهای کاری، مورد مقایسه قرار گرفت. از روش کرپیچ برای محاسبه زمان تمرکز هریک از زیر حوضه‌ها استفاده شد. در مرحله بعد با استفاده از داده‌های بارش حداکثر روزانه ایستگاه ملایر در دوره آماری 1991 تا 2021 با استفاده از رابطه سرویس حفاظت خاک ایالات‌متحده مقادیر ارتفاع بارش به ارتفاع رواناب تبدیل شد سپس میزان دبی اوج سیل برای هر زیر حوضه محاسبه گردید. یافته‌ها: فقر پوشش گیاهی دائمی و وجود علفی‌های یک‌ساله از دلایل پتانسیل بالای زیر حوضه‌ها در تولید رواناب است. درنتیجه متوسط شماره منحنی در روش های میانگین حسابی و وزنی به ترتیب 79/09 و 81/46 است که نشان از توانایی بالای حوضه در تولید رواناب است. تبدیل مقادیر شماره منحنی به ارتفاع و دبی اوج سیل با استفاده از روش شماره منحنی وزنی و میانگین حسابی و در نهایت مقایسه نتایج آن با رویکرد محاسبه ارتفاع رواناب وزنی برای هر شماره منحنی در واحدهای کاریِ منطقه موردمطالعه اختلاف معنی‌داری را نشان نداد و درنهایت نقشه‌های ارتفاع رواناب و دبی اوج سیل مربوط به هر زیر حوضه ترسیم شد. زیر حوضه شمالی حوضه با میانگین ارتفاع رواناب 44/32 میلی‌متر و دبی اوج 168 مترمکعب در ثانیه بیشترین مشارکت را در گسیل سیل به سمت شهر ملایر داراست و زیر حوضه شماره 4 در بخش جنوب شرقی حوضه کمترین مشارکت را در تولید سیل دارد. همچنین در ارتباط بین مساحت و ارتفاع رواناب، نتایج نشان داد در هر سه روش محاسبۀ شماره منحنی و ارتفاع رواناب لزوماً حوضه‌هایی که مساحت بیشتری دارد بیشترین مشارکت در وقوع سیل را نداشته و عوامل دیگری نیز در این نتایج نقش دارد که می‌توان گستردگی بیرون‌زدگی‌های سنگی و کاهش زمان تمرکز به دلیل شیب زیاد را از دلایل این مساله دانست. شکل‌گیری طولانی‌ترین آبراهه حوضه با 16314 متر طول در زیر حوضه شماره سه که پس از زیر حوضه شماره دو بیشترین دبی اوج سیل را داراست از نکات فنی موردبحثی است که می‌تواند تخلیه سریع دبی اوجی حدود 100 مترمکعب در ثانیه را به عهده داشته باشد؛ اما بررسی شیب طولیِ حدود دو درصدی آن حاکی از خطر بالای سیل گرفتگی ناشی از عدم تخلیه در بارش‌های با دوره بازگشت بالا است که به نوبه خود خطری جدی برای تهدیدات ناشی از سیل در بخش جنوب شرقی شهر است. تلاقی بخش انتهایی آبراهه اصلی با خروجی سایر زیر حوضه‌ها و تجمیع رواناب زیر حوضه‌های بالادست از مشکلات دیگری است که خطر آب‌گرفتگی مناطق پایین‌دست را افزایش می‌دهد. نتیجه‌گیری: استفاده از روش شماره منحنی برای برآورد میزان رواناب تولیدشده در حوضه‌های مشرف‌به سکونتگاه ها که عمدتاً فاقد ایستگاه هیدرومتری روش مناسبی است. حوزه آبخیز مشرف‌به شهر ملایر به دلیل وجود مراتع کم تراکم و کشاورزی دیم پتانسیل بالایی در تولید رواناب دارد به همین دلیل باید اقدامات اساسی آبخیزداری برای جلوگیری از ایجاد رواناب و سیل در مواقع بارندگی صورت گیرد. 

estimation of runoff height to analyze the flood production potential of the watershed overlooking malayer city

background: depending on rainfall systems and conditions influenced by unprincipled human activities, floods cause a lot of damage to natural resources, settlements, and projects every year. hydrometric stations are often destroyed during floods or small watersheds lack hydrometric stations, which means that the estimation of runoff and maximum flood discharges requires a suitable method to calculate runoff and flood values in these basins. prevention of this damage is doubly important when the study area overlooks places with a high density of settlements and urban facilities that can threaten the lives of many residents. the amount of runoff in each sub-basin of the watershed overlooking malayer city was estimated in this study. methods: the watershed overlooking the city of malayer with an area of 14,700 hectares is stretched from the north to the northeast of the city. the processing of digital elevation models identified five sub-basins overlooking the city and field visits. the curve number method was used to estimate runoff height and flood volume in each sub-basin. the most intense rainfall event (88 mm per day) with a return period of 30 years was designed as rainfall, considering the amount of previous rainfall 5 days before this event with a cumulative value of 45.2 mm. to calculate the physical parameters of the watershed in this study, topography, geology, vegetation, soil, and land use maps were digitized using a geographic information system. simultaneous maps of land use and rainfall were provided using sentinel-2 images, containing 13 spectral bands and a spatial resolution of 10 meters. utilizing the scs method, the layers of land use, vegetation, and soil hydrological groups were combined to produce a curve number map. the value of the curve number was corrected for the wet condition based on the rainfall 5 days before and the location of the basin in the previous wet conditions. a weighted curve number approach for each sub-basin was compared with another approach based on the arithmetic mean of the curve number for each sub-basin, as well as a weighted runoff height approach for each curve number. kirpich’s method was used to calculate the concentration time of each sub-basin. in the next step, using the maximum daily rainfall data from the malayer synoptic station in the statistical period from 1991 to 2021, the rainfall height values were converted to runoff height using the scs relationship, and then the peak flood discharge was calculated for each sub-basin.results: the lack of permanent vegetation and the presence of annual grasses are among the reasons for the high potential of the sub-basins in runoff production. as a result, the average curve numbers of arithmetic and weighted average methods are 79.09 and 81.46, respectively, which shows the high capacity of the basin in producing runoff. converting curve number values to peak flood height and flow using two commonly used methods of curve number calculation and comparing it with the results of the weighted runoff height calculation approach for each curve number in the working units of the study area showed no significant difference. finally, the runoff height maps and the peak discharge of each sub-basin were drawn. the northern sub-basin of the basin with an average runoff height of 44.32 mm and a peak discharge of 168 m3/s has the highest participation in flood discharge toward the city of malayer, and sub-basin 4 in the south-eastern part of the basin has the least participation in flood generation.