مدل سازی و پیش بینی خطر وقوع منطقه ای سیلاب حاصل از بارش تحت شرایط تغییر اقلیم (مطالعه موردی: حوضه‌ی آبخیز گرگانرود)

محورهای موضوعی : اقلیم شناسی

عبدالحافظ پناهی ¹ (دانشجوی دکتری اقلیم شناسی، واحدنور، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران)
غلامرضا جانبازقبادی ² (استادیار گروه جغرافیای طبیعی، واحدنور، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران)
صدرالدین متولی ³ (دانشیار گروه جغرافیای طبیعی ، واحدنور، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران)
شهریار خالدی ⁴ (استادگروه جغرافیای طبیعی،دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1400/02/23 تاریخ پذیرش : 1401/02/17 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: سیستم اطلاعات جغرافیایی, سیلاب, تغییر اقلیم, پهنه‌بندی, بارندگی, زمین‌آمار,

چکیده مقاله :

بدون تردید سیل به‌عنوان یکی از مهم‌ترین بلایای طبیعی شناخته‌شده است. تغییرات قابل‌ملاحظه بارش در زمان و مکان از یک‌سو و کمی ایستگاه‌های هواشناسی در ثبت بارش از سوی دیگر ضرورت نبین مدل‌های تخمین سیلاب را در زمان و مکان امری اجتناب‌ناپذیر می‌نماید. روش پژوهش حاضر، با توجه به ماهیت مسئله و موضوع موردبررسی، از نوع توصیفی - تحلیلی است و از نوع مطالعات کاربردی با تأکید بر روش‌های کمی است، در پژوهش حاضر تغییرات منطقه‌ای سیلاب در حوضه آبخیز گرگانرود با به‌کارگیری اطلاعات ایستگاه‌های سازمان هواشناسی (سینوپتیک) با دوره آماری 30 ساله (1368 تا 1397)، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، شاخص رطوبت توپوگرافیک، شیب، ارتفاع، لیتولوژی زمین، فاصله از رودخانه، تراکم رودخانه، فرسایش، خاک‌شناسی، رواناب، داده‌های شبیه‌سازی شده میانگین بارندگی حاصل از مدل HadCM3 در LARS-WG تحت سناریو SRA1B بین سال‌های 2011 تا 2045 برآورد شده است. پس از محاسبه فاکتور بارندگی برای ایستگاه موردنظر از طریق نرم‌افزار Excel، به‌منظور بررسی نقشه تغییرات منطقه‌ای بارندگی در محیط نرم‌افزار ArcGis و کمترین میزان خطا از روش میانیابی کریجینگ بیزی با پراکنش (Expotntial) و جهت انتخاب بهترین روش درون‌یابی از شاخص‌های آماری ریشه میانگین مربعات خطا RMS قدر مطلق خطا MAE استفاده گردید. نتایج نشان داد روش کریجینگ بیزی زمین آمار به‌عنوان بهترین روش در میان روش‌های مورداستفاده می‌تواند برای برآورد تغییرات بارندگی پایه و شبیه‌سازی شده جهت مدل‌سازی روند سیلاب در کنار پارامترهای دیگر مورد ارزیابی قرار گیرد. روش کریجینگ عام با پایین‌ترین میزان میانگین خطای برآورد (004/0) و مربع میانگین ریشه خطا 23/82 بهترین روش برای درون‌یابی در این پژوهش است. همچنین در تلفیق روش‌های تحلیل فازی با سلسله مراتبی برای تعیین میزان برآورد مورد انتظار هر دو روش دارای برآوردی بیشتر از حد انتظار بودند. یافته‌ها نشان داد که زیر حوضه نرماب در قسمت مرکزی به مقدار 800 میلی‌متر زیر حوضه‌های مادرسو، یل چشمه و قرناوه در شمال شرقی حوضه آبخیز گرگانرود به مقدار 500 الی 700 میلی‌متر و بخش‌های شمالی حوضه محمدآباد و قورچای به مقدار 300 میلی‌متر همچنین به‌طور کلی حوضه آبخیز گرگانرود با بیش‌ترین میانگین بارشی نسبت به حوضه قره‌سو را در طی دوره 30 ساله دریافت کرده است که نشان از سیلابی بودن این منطقه از شمال کشور دارد.

چکیده انگلیسی:

.floods are known as one of the most important natural disasters. In practice, floods are one of the most devastating weather disasters in the world, both in terms of casualties and financial losses. The purpose of this study is to measure and evaluate the changes in flood zones using the weighting technique in the GIS environment. The method of the present study, according to the nature of the problem and the subject under study, is descriptive-analytical and applied studies. With emphasis on quantitative methods, in the present study, changes in flood zones in Gorganrood watershed based on the use of meteorological station information (synoptic) with a 30-year statistical period (1989 to 2018), land use, vegetation, topographic moisture index Slope, altitude, land lithology, distance from river, river density, erosion, soil science, runoff, simulated precipitation data from LARS-WG model have been modeled and estimated. The general kriging method with the lowest mean estimation error (0.004) and the square root mean error of 82.23 is the best method for interpolation in this study. Also, in combining fuzzy analysis methods with hierarchy to determine the expected estimate, both methods had higher estimates than expected. Findings showed that 800 mm sub-basin of Normab basin in the central part of Maderso, Yale Cheshmeh and Qarnaveh basins in the northeast of Gorganrood watershed with the amount of 500 to 700 mm and the northern parts of Mohammadabad and Ghorchai basins with the amount of 300 mm.

منابع و مأخذ:

1- احمدی محمود، لشکری حسن، عظیمی پرستو (1394): بالاترین بارش محتمل ۲۴ ساعته و تأثیر آن در مخاطرات هیدرولوژیکی منطقه جنوب غرب خزر. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، ۲ (۲): ۶۹-۸۳.

2- حلبیان امیرحسین، حسینعلی پور جزی فرشته (1394): تحلیل سینوپتیک مخاطرات اقلیمی در جنوب غرب ایران مورد مطالعه: بارش‌های سنگین سیل زا در آذر ۱۳۹۱. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، ۲ (۴): ۳۱-۴۶.

3- خسروی، محمود، دوست کامیان، مهدی، میر موسوی، سید حسین، بیات، علی، بیگ رضایی، احسان. (1393): طبقه‌بندی دما و بارش در ایران‌زمین با استفاده از روش‌های زمین‌آمار و تحلیل خوشه‌ای. فصل­نامه علمی - پژوهشی برنامه‌ریزی منطقه‌ای، 4(شماره 13)،121-132.

4- خوش‌روش، مجتبی، بائوج رضایی، زهرا (1395): اثر تغییر اقلیم بر فراوانی سیلاب حوضه کلاردشت با استفاده از تلفیق الگوریتم K-nn و مدل HadCM3. دانش آب‌وخاک، 26(شماره 3 بخش 1)، 211-221.

5- ذبیحی، علیرضا، سلیمانی، کریم، شعبانی، مرتضی، آبروش، صادق. (1390): بررسی توزیع مکانی بارش سالانه با استفاده از روش‌های زمین‌آماری (مطالعۀ موردی: استان قم)، پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 43(78)، 102-112.

6- رستمی نورالدین، کاظمی یونس (1398): پهنه‌بندی خطر سیلاب در محدوده شهر ایلام با استفاده از روش AHP و GIS. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، ۶ (۱): ۱۷۹-۱۹۲.

7- رادمهر، احمد، عراقی نژاد، شهاب. (1393): کاربرد روش تصمیم‌گیری چند معیاره مکانی فازی در تعیین مناطق آسیب‌پذیر از سیلاب، (مطالعه موردی: حوضه آبخیز شهری تهران) دانش آب‌وخاک 24-4: 115-128.

8- زند کریمی، آرش، مختاری، داود، زند کریمی، شیدا. (1397): تحلیل فضایی و بهینه‌سازی شبکۀ ایستگاه‌های باران‌سنجی استان کردستان با استفاده از واریانس خطای کریجینگ. فصلنامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر، 27(105), 115-126.

9- سیابی، نگار، ثنایی نژاد، سید حسین. (1392): بررسی روش‌های ترکیبی زمین‌آمار در افزایش دقت طبقه‌بندی اقلیمی و نیز پهنه‌بندی عناصر اقلیمی شمال شرق ایران. پژوهش‌های اقلیم‌شناسی. (15)، 81-32.

10- سارلی، رضا، ضیائیان فیروزآبادی، پرویز، بدراق نژاد، ایوب، بابایی، محبوب (1399): سنجش و شناسایی مناطق مستعد پخش سیلاب از منظر سازندهای زمین‌شناسی در حوزه آبخیز بیرجند با استفاده از RS/GIS. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، ۲۰ (۵۷): ۱-۲۴.

11- سازمان هواشناسی کشور، اداره کل هواشناسی گلستان، (1399): مرکز آمار و اطلاعات.

12- سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی گلستان، (1395): مطالعات آمایش استان گلستان.

13- شفیعی، قهرمان، ثقفیان مجتبی، بیژن، بهرام (1392): ارزیابی و بهینه یابی شبکه ایستگاه‌های باران‌سنجی بر مبنای روش کریجینگ احتمالی (مطالعه موردی: حوضه گرگان‌رود). تحقیقات منابع آب ایران. سال 9(2)، 9- 18.

14- صالحوند ایران، گندم‌کار امیر، فتاحی ابراهیم (1399): پیش آگاهی بلندمدت بارش با استفاده از سیستم شبکۀ عصبی مطالعۀ موردی: حوضۀ کارون بزرگ. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، ۲۰ (۵۹): ۸۱-۹۷.

15- عساکره، حسین، ورناصری قند علی، نسرین. (1398): واکاوی تغییرات مقدار، فراوانی و شدت بارش سالانۀ ناحیۀ خزری طی دورۀ آماری 1966-2016. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 51(2)، 335-352.

16- عساکره، حسین، حسینجانی، لیلا. (1398): واکاوی فضایی مجموع فراوانی سالانۀ بارش‌های شدید و خیلی شدید ناحیۀ خزری، پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 51(1)، 135-148.

17- عساکره حسین، رزمی رباب (1397): مدل‌سازی فضایی بارش تابستانه شمال غرب ایران. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، ۱۸ (۵۰): ۱۵۵-۱۷۸.

18- فتوحی فیروزآباد، فرزانه، ملکی نژاد، حسین. (1398): تحلیل و پهنه‌بندی مقدار بیشینه بارش روزانه ایران با استفاده از توزیع ویکبای و تکنیک زمین‌آمار. مدیریت بیابان، 7(14)، 75-92.

19- قلی زاده، محمدحسین. (1397): واکاوی وردایی مقدار و زمان بارش در ایستگاه همدید ایلام، پژوهش‌های اقلیم‌شناسی، (33)، 63-76.

20- قاسمی فر، الهام، ناصر پور، سمیه. (1393): پهنه‌بندی اقلیمی ناحیه زاگرس، فصل­نامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر، 23(89)، 54-60.

21- محمد پورزیدی علی، علیجانی بهلول، سلیقه محمد، گرامی محمد صالح (1399): تحلیل فضایی بارش استان مازندران. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، ۱۹ (۵۲): ۱-۲۰.

22- مهدوی نژاد، الهام، حسینی، سید زین‌العابدین، ملکی نژاد، حسین، اسدی، محمدامین. (1397): تأثیر تغییر متغیرهای اقلیمی بر تبخیر و تعرق پتانسیل در مناطق خشک با استفاده از زمین‌آمار (بررسی موردی: استان یزد). مدیریت بیابان، 6(12)، 1-18.

23- Arnaud, P. J, Lavabre. C, Fouchier, S. Diss, And P. Javelle (2011):”Sensitivity Of Hydrological Models To Uncertainty In Rainfall Input”. Hydrolog. Sci. Vol. 56, Pp: 397-410.

24- C.C. Sampson, A.M. Smith, P.D. Bates, J.C. Neal, L. Alfieri, J. E. (2015):Freer A High‐Resolution Global Flood Hazard Model Water Resour. Res. 51 (9), Pp. 7358-7381.

25- K. Smith (2013): Environmental Hazards: Assessing Risk And Reducing Disaster Sixth Edition, Routledge, London, Edition6th, 504.Https://Doi.Org/10.4324/9780203805305.

26- U.C. Nkwunonwo, M. Whitworth, B. Baily Urban Flood Modelling Combining Cellular Automata Framework With Semi-Implicit Finite Difference Numerical Formulation J. Afr. Earth Sci. 150 (2019), Pp. 272-281.

27- Yang, W. Yang, H. & Yang, D. (2020): Classifying Floods By Quantifying Driver Contributions In The Eastern Monsoon Region Of China. Journal Of Hydrology, 585, 124767.Doi:10.1016/J.Jhydrol.2020.124767

28- Younger, P. M. J. E. Freer, And K. J. Beven (2009): “Detecting The Effects Of Spatial Variability Of Rainfall On Hydrological Modelling Within An Uncertainty Analysis Framework”. Hydrol Process. Vol. 23, Pp: 1988-2003.

29- Zho. P, L.W. Zhang, K.M. Liew (2014): “Geometrically Nonlinear Thermomechanical Analysis Of Moderately Thick Functionally Graded Plates Using A Local Petrov-Galerkin Approach With Moving Kriging Interpolation”. Composite Structures, Vol. 107, Pp. 298–314.