وبلاگ

سیل یک اتفاق ناگهانی و رویدادی سریع و مخرب است که هر ساله در نقاط مختلف جهان  باعث بروز خسارات جانی و مالی محسوس و نامحسوس فراوان می­ شود. بررسی شمار وقوع سیل در سال­های اخیر نشان می­دهد، دیگر سیل نه یک مصیبت اتفاقی نادر، بلکه پدیده­ای فزاینده است که در هر بار وقوع، خسارات فراوانی را اعم از جانی و مالی به بار می­آورد. (سلیمانی ساردو، 1388) با تمام تلاش­ هایی که در طول تاریخ انجام شده و با وجود پیشرفت تکنولوژی، هیچ گاه بشر نتوانسته است نواحی سیل­گیر را به طور کامل و برای همیشه از خطر سیل محفوظ نماید. به عبارت دیگر کنترل و یا کاهش این عوارض مخرب و ویرانگر نیازمند مطالعه صحیح و دقیق می­باشد.
سیل به عنوان یک واقعه اجتناب­نا­پذیر، پذیرفته شده­است اما رویداد، اندازه و تکرار سیل ناشی از عوامل متعددی است که بسته به شرایط اقلیمی، طبیعی و جغرافیایی هر منطقه تغییر
می­ کند. آنچه مسلم است سیلاب ناشی از بارندگی است. ولی مطالعات نشان می­دهد که رابطه خطی و مستقیمی بین این دو عامل وجود ندارد (چن و همکاران، 2009). رابطه بارندگی و رواناب نیز از حوضه­ای به حوضه دیگر متفاوت است.
تعداد وقوع سیلاب­ها و خسارات ناشی از آنها هر ساله با توجه به تخریب بیش از حد
جنگل­ها و مراتع و تغییر کاربری اراضی و تبدیل اراضی جنگلی به اراضی کشاورزی و مسکونی، رو به افزایش است.
در تحقیقات و پژوهش­های مرتبط با سیل­خیزی و تعیین مناطق سیل­خیز در نقاط مختلف دنیا، روش واحدی به­کار گرفته نشده­است و شامل استفاده از فرمول­های­تجربی، تحلیل آماری داده ­های سیلاب، استفاده از داده ­های سنجش از دور و GIS و مدل­های ریاضی رایانه­ای
بارش-رواناب می­باشد (جلالی، 1368). از میان مدل­های مختلفی که امروزه جهت شبیه سازی فرایند بارش- رواناب در دنیا استفاده می­گردد، مدل HMS- HEC در مطالعات بسیاری از حوضه­ها در مناطق مختلف دنیا به کار گرفته شد و نتایج مطلوب و نزدیک با واقعیت به دست می‌دهد.
1-2- بیان مسئله
حوضه آبریز بشار در جنوب غربی ایران در استان کهگیلویه و بویراحمد در منطقه­ای کوهستانی واقع شده است. رودخانه بشار که آبراه خروجی این حوضه می­باشد، یکی از سرشاخه­های اصلی رودخانه کارون بزرگ می­باشد. به علت کوهستانی بودن حوضه و بالا بودن میزان بارندگی در حوضه (در حدود 800 میلیمتر در سال)، سالانه سیلاب­های فراوانی در حوضه پدید می­آید. با توجه به اینکه شهر یاسوج، مرکز استان کهگیلویه و بویراحمد در بالادست حوضه آبریز بشار قرار دارد و همچنین اراضی کشاورزی، باغات و تاسیسات تامین آب، پل­ها، مزارع پرورش ماهی، کارخانجات تولید شن و ماسه، سدهای در دست احداث و موجود در پایین دست و … در منطقه وجود دارد، تعیین سیلاب حاصل این حوضه از اهمیت فراوانی برخوردار می­باشد. لذا با پیش بینی سیلاب حاصل از هر بارندگی، می­توان تمهیداتی جهت کاهش خسارات احتمالی ناشی از سیلاب، اطلاع رسانی، هدایت، کنترل و بهره برداری از رواناب حاصل، اتخاذ کرد.
برای آگاهی از اینکه با بارش هر باران چه میزان سیلاب تولید می­گردد، لازم است که مدل بارش-رواناب حوضه مورد نظر به یکی از روش­های موجود استخراج گردد. برای مدل سازی بارش-رواناب در یک حوضه روش­های گوناگونی وجود دارد. طبق تحقیقات انجام شده برای مدل سازی بارش-رواناب سایر حوضه­ها، خروجی مدل HEC-HMS،  با داده ­های مشاهداتی تطابق خوبی داشته است.
این تحقیق به دنبال کمی سازی و جداسازی بارش-رواناب در حوضه بشار بالادست و مقایسه روش­های هیدروگراف واحد کلارک، SCS و اشنایدر با بهره گرفتن از مدل HEC-HMS، انتخاب بهترین مدل، واسنجی و صحت­سنجی مدل­ HEC-HMS برای حوضه مورد نظر
می­باشد.
1-3- اهداف و ضرورت‌های انجام پژوهش
بررسی‌های ‌سازمان ‌ملل ‌متحد حاكی ‌از آن ‌است ‌كه ‌سیل ‌را باید یكی‌ از جدی‌ترین بلایای ‌طبیعی ‌بشمار آورد. تنها معدودی از كشورهای ‌جهان ‌را می‌توان ‌یافت‌ كه ‌فارغ ‌از مسایل ‌و مصایب ‌سیل‌ باشند. در ایران‌ از بررسی سیل‌های ‌خسارت ‌آفرین ‌50 سال ‌گذشته (1380-1330) تعداد 3700 مورد سیل ‌حادثه ‌خیز به ‌ثبت ‌رسیده ‌است (خبرنامه هیدرولیك، مهرماه 80). روند افزایش سیل در 5 دهه گذشته نشان می‌دهد كه تعداد وقوع سیل در دهه 70 نسبت به دهه مبنا تقریبا 10 برابر شده است و بعبارت دیگر 900 درصد افزایش داشته است. پاره‌ای ‌از این ‌سیل‌ها بسیار بزرگ ‌و پر خسارت ‌بوده‌اند. بنابراین با پیش بینی صحیح و نزدیک به واقعیت سیلاب­ چه از نظر زمان وقوع و چه از لحاظ میزان دبی حداکثر می­توان با اعمال مدیریت صحیح از خسارات ناشی از آن جلوگیری کرد و یا به حداقل ممکن رساند.
با توجه به وجود روش­های بسیار گوناگون در زمینه پیش بینی رواناب ناشی از بارش در حوضه آبریز، انتخاب مدل مناسب و یافتن مقدار بهینه پارامترهای مورد استفاده در این مدل با توجه به داده‌های موجود در دسترس بسیار مفید خواهد بود.
این تحقیق می ­تواند برای مسئولین صنعت آب، وزارتخانه­های نیرو، کشاورزی و کشور، ستاد حوادث غیر مترقبه، شهرداری و مهندسین مشاور در امور آب مفید واقع شود.
1-4- فرضیات تحقیق

فرضیه ­های تحقیق حاضر شامل موارد زیر می­باشد:

1. حوضه از لحاظ اقلیمی‌همگن فرض می‌شود.

1. تغییرات اقلیمی‌در طی سال­های آماری تاثیر معنی داری بر روند بارش-رواناب ندارد.

1-5- ساختار پایان نامه
کلیۀ مطالب این پایان نامه در پنج فصل بصورت کلی ارائه خواهد شد که مباحث کلیدی هر یک از این پنج فصل به اختصار در زیر ارائه شده است:
فصل اول: کلیّات
در این فصل ضرورت استفاده از مدل هیدرولوژیکی بارش-رواناب برای حوضه های آبریز بیان شد. بیان مسئله و اهداف و ضرورت­های انجام پژوهش نیز از دیگر بخش­های این فصل است. در ادامه نیز برخی از واژه­ های پرکاربرد در این پژوهش تعریف می­ شود.
فصل دوم: پیش زمینه و سابقه پژوهش
با توجه به وجود مدل­های بارش-رواناب زیاد جهت شبیه سازی رواناب حوضه، در ابتدای این فصل سعی می‌شود که دسته بندی­های موجود در این زمینه ارائه شود و سپس معیارهای انتخاب مدل و مدل­های پركاربرد و سوابق كاربرد آن­ها به طور خلاصه توضیح داده شود. در ادامه با بررسی و مرور نتایج حاصل از پژوهش‌های سایر محققین در زمینۀ استفاده از این
مدل­ها بیان می‌شود.
فصل سوم: مواد و روش­ها
در این فصل ابتدا به معرفی حوضه آبریز مورد مطالعه پرداخته می‌شود و سپس مشخصات ایستگاه­های هیدرومتری و باران­سنجی موجود در منطقه به همراه مبانی تئوریک روش­های هیدرولوژیکی مورد استفاده در تحقیق و معرفی پارامترها و معیارهایی که پایه و اساس انتخاب مدل بهینه می­باشند، ارائه می­ شود. در آخر نیز به تشریح مدل انتخابی پرداخته می­ شود.
فصل چهارم: نتایج و بحث
در این فصل نتایج، شکل‌ها و نمودارهای حاصل از محاسبات مدل HEC-HMS با بهره گرفتن از روش­ها و زیر مدل­های مختلف برای حوضه آبریز مورد مطالعه ارائه خواهد شد. در ادامه با مقایسۀ نتایج حاصل از اجرای مدل با روش­های مختلف، بهترین مدل برای حوضه آبریز مورد مطالعه انتخاب انجام شده و پارامترهای بهینه جهت هر یک از زیرحوضه­های حوضه آبریز مورد نظر محاسبه می­ شود.
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها
در این فصل نتایج کلی حاصل شده از تحقیق به همراه پیشنهاداتی برای سایر پژوهشگران ارائه خواهد شد.
1-6- تعریف واژه‌ها
در این بخش لغات فنی و مفاهیم اولیه كه به منظور فهم مراحل برآورد PMF مورد نیاز است، به اختصار تشریح می­شوند.
 حوضه آبریز (Drainage Basin)
حوضه آبریز شامل سطحی است كه در تولید رواناب مستقیم ناشی از بارش بر روی حوضه در یک نقطه خروجی معین نقش دارد. لغات معادل در ادبیات خارجی شامل Basin، Catchment  و Watershed می­باشد.
هیتوگراف (Hyetograph)
نموداری از شدت بارندگی تجمعی، بارندگی خالص یا هر دو در مقابل زمان در یک ایستگاه باران نگار و یا تعمیم یافته برای كل یک حوضه.
هیدروگراف (Hydrograph)
نموداری است که تغییرات دبی رواناب را نسبت به زمان نشان می­دهد. مولفه عمودی نشانگر دبی و مولفه افقی نشانگر زمان است.
هیدروگراف سیل (Flood Hydrograph)
تغییرات پیوسته جریان رودخانه در مقابل زمان برای یک سیل مشخص در یک موقعیت انتخاب شده روی رودخانه (FERC Hydropower PMF Guide , 2001).
هیدروگراف واحد (Unit Hydrograph)
هیدروگراف رواناب مستقیم از یک حوضه زهكشی مشخص است كه ناشی از یک واحد (اینچ یا سانتی متر) عمق بارندگی خالص به صورت یكنواخت مكانی برای یک مدت زمان معین
می­باشد.
هیدروگراف واحد بدون بعد (Dimensionless Unit Hydrograph)
یک هیدروگراف واحد كه مولفه­های عمودی(دبی) و افقی (زمان) آن به ترتیب از تقسیم كردن بر دبی اوج هیدروگراف و زمان رسیدن به دبی اوج هیدروگراف بدون بعد شده ­اند.
هیدروگراف واحد مصنوعی (Synthetic Unit Hydrograph)
هیدروگراف واحد برای یک حوضه فاقد آمار است كه براساس مفهوم هیدروگراف واحد به عنوان تابعی از خصوصیات حوضه بیان می­گردد.
حداكثر بارش محتمل (Probable Maximum Precipitation)
سازمان جهانی هواشناسی در سال 1986، PMP را به صورت زیر تعریف كرد: از نظر تئوری، بزرگ­تر ین عمق بارش در یک مدت معین است كه به طور فیزیكی امكان رخداد آن روی یک سطح مشخص حوضه در یک موقعیت جغرافیایی ویژه و در زمان معینی از سال وجود دارد (1986WMO,)
حداكثر رگبار محتمل (Probable Maximum Storm)
یک رگبار طراحی منشا گرفته از PMP كه الگوی زمانی-مكانی آن به طور واقع گرایانه­ای براساس طوفان­های مشاهداتی برای ایجاد شرایط بحرانی تنظیم شده است. به PMP در فاز طراحی یک الگوی زمانی و مكانی بر روی حوضه مورد نظر داده می­ شود به نحوی كه حداكثر سیلاب محتمل (PMF) را ایجاد نماید، به این بارش مصنوعی كه PMF را تولید می­كند حداكثر رگبار محتمل گفته می­ شود.
حداكثر سیل محتمل (Probable Maximum Flood)
سیلی كه به طور تئوریكی از تركیب شرایط هواشناسی بحرانی كه معمولا حداكثر بارش محتمل را تولید می­كنند و شرایط هیدرولوژیكی بحرانی كه به طور منطقی امكان وقوع آن­ها در حوضه تحت مطالعه وجود دارد، مورد انتظار باشد. این سیل یک سیل تولید شده بوسیله PMP با فرض بحرانی بودن توزیع زمانی و مكانی بارندگی، همراه با سایر فرض­های محافظه كارانه مربوط به شرایط اولیه حوضه در زمان وقوع سیل است. توجه كنید كه با وجود كلمه «محتمل» در اصطلاحات PMP و PMF یک احتمال عبور یا دوره بازگشت را  نمی­توان به آن­ها نسبت داد. حتی اگر بتوان چنین احتمالی را مطرح نمود، دوره بازگشت عدد بسیار بزرگی شاید در مرتبه ده­ها هزار سال خواهد بود و در این صورت امكان تایید آن در عمل وجود نخواهد داشت.
روندیابی سیل (Flood Routing)
فرایند تعیین دبی در زمان­های پیوسته در نقاط متوالی در طول یک رودخانه برای تخمین سیل خروجی در یک نقطه در پایین دست براساس سیل ورودی در بالادست رودخانه است. روش­های روندیابی سیل می ­تواند به دو دسته روندیابی هیدرولوژیكی (روندیابی یكپارچه جریان) یا روندیابی هیدرولیكی (روندیابی توزیعی جریان) طبقه­ بندی شوند. برخی از روش­های روندیابی هیدرولوژیكی شامل مخزن خطی و ماسكینگام و روش­های هیدرولیكی شامل موج دینامیكی و ماسكینگام-كانج می­باشد.
 متغیر (Variable)
متغیر عبارت است از یک مشخصه قابل اندازه گیری از یک سیستم كه در زمان­های مختلف ممكن است دارای مقادیر عددی مختلفی باشد. برای مثال، مقادیر بارندگی، رواناب، نفوذ، دما، و رطوبت خاك از جمله متغیرهای هیدرولوژیكی محسوب می­شوند.
پارامتر (Parameter)
پارامترها در واقع مشخصه­های كمی سیستم هیدرولوژیكی هستند كه ممكن است باتوجه به زمان تغییر كنند یا ثابت بمانند. هدایت هیدرولیكی، ضریب زبری مانینگ، زمان ضریب ذخیره، زمان تمركز و ضرایب روش روندیابی ماسكینگام مثال­هایی از پارامترها هستند.
شبیه سازی رواناب (Runoff Modeling)
فرایند تحلیلی محاسبه بخشی از بارندگی یک طوفان و (یا) ذوب برف كه روی زمین به صورت آب­های سطحی جاری می­ شود. شبیه سازی در برگیرنده روابط ریاضی تبدیل بارش-رواناب است كه روش اصلی آن، هیدروگراف واحد می­باشد.