Flood Potential Evaluation of the Meandering Karkheh River Reach Using the Local Flood Hazard Index

Subject Areas : Water and river engineering

َAli Liaghat ¹ , Reza Afshinsharifan ²

1 - عضو هیات علمی تمام وقت
2 - Assistance of PROF. Islamic Azad University of Shiraz, college of Agriculture

Received: 2023-06-24 Accepted : 2023-08-27 Published : 2023-09-21

Keywords: River, flood, LFH index, meander,

Abstract :

Introduction: Meanders are one of the important geomorphological-hydrological forms, and in terms of the spatial displacements they carry out in the limits of the flood plains, they change the morphological dimensions of the river bed and flood plains. Due to their high dynamics, these phenomena also cause major issues and problems in the boundaries of formation. Often, the presence of meanders shows the potential of the river for the occurrence of maximum discharges. In this research, areas with high flood potential in the meandering path of the Karkheh River have been identified using the local flood risk index (LFH). Materials and Methods: In this study, using the LFH index, the flood potential of the meandering paths of Karkheh River was evaluated. LFH is an index that is used to evaluate the potential of flood risk along the meandering path of the river. This index is computed using coefficients and morphological parameters of the catchment (roughness of the basin, drains density, roughness coefficient, elongation coefficient, etc. ) and meander geometric factors (meander length, meander curvature, arc angle, channel width, etc. ). Results and Discussion: The bank full flow rates were estimated using the length of the meander at 44 certain sections in the Karkheh River. results show that in the sections with the increasing meander lengths, flow rate will also be increased. In other words, high flow rates have passed through the large meander arcs. In these 44 sections, the highest discharge belongs to arch 41 with 2521 meters length (the longest arch) and 342.9 CMS flow. the distance of this arch from paypol station is 102.777 km. Also the lowest discharge belongs to arch 7 with 600 meters length (the shortest arch) and 25.88 CMS flow. the distance of arch 7 from paypol station is 15.6 km Conclusion: In overall, computed LFH indices show low flood potential in the Meandering Karkheh River Reach. This result is justified due to drainage density and total lengths of waterways per unit area in the Karkheh river basin. the values of LFH in 18 sections are negative that indicates low flood potential. In contrast, the same values are positive in 26 sections with high flood potential.

References:

1. Alaei Taleghani M, Hasli F, Ahmadi Malavardi M. Evaluation of human role in lateral erosion and lateral expansion of Gamasiab river meanders in Biston plain. Geography and Environmental Sustainability. 2013; 3(6):107-120.
2. Asghari Saraskanroud S, Investigation and analysis of different patterns of Shahrchai river in Urmia. Iranian applied geomorphology.2013;1(1):1-55. https://civilica.com/doc/793720.
3. Azami Rad M, Ghahraman B, Esmaili K. Investigating the flood potential of Kashf River watershed of Mashhad based on SCS method in GIS environment. watershed management. 2018; 9 (17): 26-38.
4. Bayati Khatibi M. Investigation and estimation of floods in the course of meandering rivers with reference to the changes of bending arcs (case study: River AgiChai in northwest of Iran). Geography and Natural Hazards. 2012;1(3): 39-56. Doi: 10.22067/geo.v1i3.20263.
5. Dai S. B, Yang S. L, Cai A.M. Impacts of Dams on the Sediment Flux of the Pearl River, Southern China.Catena.2008; 76(1): 36–43.doi: 10.1016/j.catena.2008.08.004.
6. Dolati J. 2018. Investigating the geomorphological changes of the middle part of Etrak river using GIS. Master's thesis. University of Tehran. Faculty of Geography.
7. Habibi M, Javaheri N, Mathematical model for predicting lateral erosion in Meander Rivers. Technical Faculty Journal of Tehran University.2003; 37(2):227-234.
8. Haghiabi A.H, Imamgholizadeh S. Prediction of lateral erosion of Meander sections of Kashkan River. Geography and Development.2015;40:125-138.
9. Hooke. J.M. meandering rivers., Buckingham Building, Lion Terrace. 2007.
10. Omidvar K, Kianfar A, Asghari Sh. Zoning the Flood-Producing Potentials of Konjancham Basin. Physical Geography Research.2010;42(72): 73-90.
11. Kaharbaiyan P, Behinafar A, Shakri Zare H, Arefi M. Morphological evolutions and meandering pattern of Harirrood border river bed using RS, quantitative geomorphology researches. 2015;3: 53-64.
12. Ghanavati A, Karam A, Aghaalikhani M. Flood risk zonation in the farahzad basin (Tehran) using Fuzzy model. Geography and Environmental Planning Journal. 2013;48(4): 121-138.
13. Khabazi M, Seyfard A, Shirvani K, NovheSera M. Tracing the paths and highlighting the old meanders of the Karkhe River. Quantitative Geomorphology Research.2014;3(1): 37-50. dor: 20.1001.1.22519424.1393.3.1.3.9 .
14. Lazarević K, Todosijević M, Vulević T, Polovina S, Momirović N, Caković M. Determination of Flash Flood Hazard Areas in the Likodra Watershed. Water. 2023 Jul 26;15(15):2698. doi.org/10.3390/w15152698.
15. Loczy D, Kis E, Schweitzer F. Local Flood Hazard Assessed from Channel morphology along the Tisza River in Hungary. Geomorphology,2009;113(3): 200-209.doi: 10.1016/j.geomorph.2009.03.013.
16. Madadi A, Beheshti Javid A, Fathi, M. Revealing the changes of the river bed and investigating the river morphology according to the influence of geological structures (Case study: Zarin River). Hydrogeomorphology. 2015;2(2):25-40.
17. Nikenjad D, Alizadeh E, 2006, Study of flooding and its control in two sub-basins of Lake Urmia, technical workshop on coexistence with flooding. Irrigation and Drainage Committee, Urmia, Iran.
18. Novhegar A, Yamani M. Investigation of the geomorphological situation of Meander and its role in the erosion of the bed and banks of the Minab River (downstream of the Minab Dam) Geographical Researches.2003; 37(51):65-84.
19. Ollero A. Channel changes and floodplain management in the meandering middle Ebro River, Spain. Geomorphology.2010;117(3): 247–260. Doi: 10.1016/j.geomorph.2009.01.015.
20. Ramly S, Wardah T. Application of HEC-GeoHMS and HEC-HMS as rainfall-runoff model for flood simulation. ISFRAM. 2015: 181-192.doi: 10.1007/978-981-10-0500-8_15.
21. Sampath D.S, Weerakoon S.B, Herath S. HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment with intra-basin diversions – case study of the Deduru Oya river basin, Sri Lanka. Engineer Journal of the Institution of Engineers Sri Lanka, 2015; XLVIII (01): 1-9.doi: 10.4038/engineer.v48i1.6843.
22. Seif A, Najmi N. Enhancement of the Meander changes in Karon riverv using multi-temporal images of IRS and Landsat, Geographical Researches. 2013;28(110): 211-226.
23. Shayan S, Dehestani H. Calculations of Geometric Parameters and Investigations of its Geomorphological Changes Pattern in Kashkan River, Environmental Erosion Researches.2013; 8:21-34.
24. Stefanidis S, Stathi. Assessment of f flood hazard based on natural and anth ropogenic factors using analytic hierarchy process (AHP). Natural Hazards.2013;68(2):569–585. doi: 10.1007/s11069-013-0639-5.
25. Soleimani Karim, Fatemeh Shukrian, Sepideh Abdoli Bojani, Saberi Aref. Prioritization of flood risk potential of Talar watershed in GIS. Ecohydrology Journal. 2021;8(3):749-762 .
26. Thilagavathi G, Tamilenthi S, Ramu C, Baskaran R. Application of Gis in Flood Hazard Zonation Studies in Papanasam, Taluk, Thanjavur District, Tamilnadu. Advances in Applied Science Research, 2011; 2 (3):574-585.Available online at www.pelagiaresearchlibrary.com.
27. Timár G, Gábris G. Estimation of Water Conductivity of the Natural Flood Channels on the Tisza Flood-Plain, the Great Hungarian Plain. Geomorphology, 2008; 98: 250–261. doi: 10.1016/j.geomorph.2006.12.031.
28. Yamani M. Sharafi S. Geomorphology and effective factors on lateral erosion in Hor Rood River, Lorestan province. Geography and Environmental Planning Journal. 2012; 45(1): 15-23.
29. Yamani M, Enayati M. The relationship between geomorphologic characteristics of watersheds and flood potential. Geography Research,2005; 54(4): 47-57.
30. Ziyari Karamatullah, Rajaee Syed Abbas, Darab Khani Rasool. Flood potential zoning using hierarchical analysis and fuzzy logic in GIS, case study:Ilam city. Crisis management Journal. 2021;10(19):21-30.

Full-Text:



مقاله پژوهشی

فصلنامه پژوهش های نوین در مهندسی محیط زیست دوره اول، شماره 2، تابستان 1402 ، صفحات 34-19 شاپا الکترونیکی: 0930-2981

 

ارزیابی پتانسیل سیل‌گیری مسیر پیچان رودی رودخانة کرخه با استفاده از شاخص خطر  سیل‌خیزی محلی
علی لیاقت*		استادیارگروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
رضا افشین شریفان		استادیارگروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
		چکیده مبسوط
تاریخ دریافت: 03/04/1402   تاریخ پذیرش: 05/06/1402		مقدمه: پیچان رود‌ها از اشکال مهم ژئومورفولوژیکی ـ هیدرولوژیکی می‌باشند و به لحاظ جابجایی‌های مکانی که در محدودة دشت‌های سیلابی انجام می‌دهند، موجب تغییر ابعاد مورفولوژیکی بستر جریان رودخانه‌ها و دشت‌های سیلابی می‌گردند. این پدیده‌ها به علت پویایی زیادی که دارند، مسائل و مشکلات عمده‌ای را نیز در محدوده‌های تشکیل به وجود می‌آورند. غالبا حضور پیچان رود‌ها پتانسیل بالای رودخانه را برای وقوع دبی‌های حداکثر نشان می‌دهد. در این پژوهش، مناطق دارای پتانسیل بالای وقوع سیل در مسیر پیچان رودی رودخانة کرخه با استفاده از شاخص خطر سیل‌خیزی محلی ( LFH) شناسایی گردیده‌اند.  مواد و روش‌ها: در این مطالعه، با استفاده از شاخص خطر سیل‌خیزی محلی پتانسیل ایجاد سیل در مسیر‌های پیچان رودی رودخانة کرخه مورد ارزیابی قرار گرفت. این شاخص با استفاده از ضرایب و پارامتر‌های مورفولوژیکی حوضة آبریز (ناهمواری حوضه، تراکم زهکش‌ها، ضریب ناهمواری، ضریب کشیدگی و ...) و فاکتور‌های هندسی پیچان رود (طول پیچان رود، انحنای پیچان رود، زاویة قوس، پهنای کانال و ...) محاسبه می‌گردد.
واژه‌های کلیدی: رودخانه، سیل، شاخص LFH، پیچان رود		نتایج و بحث: میزان دبی مقطع پر با استفاده از طول پیچان رود در 44 مقطع برش خورده در رودخانه کرخه برآورد شد. نتایج نشان می‌دهد در بخش‌هایی که طول پیچان رود افزایش یافته، میزان دبی نیز بیشتر شده است. به عبارت دیگر، از قوس‌های بزرگ پیچان رود، سیلاب‌های با دبی بالا گذر کرده است. در این 44 مقطع، بیشترین مقدار دبی مربوط به قوس 41 به طول 2521 متر (بلندترین قوس) و برابر با 9/342 متر مکعب بر ثانیه است، که فاصلة آن قوس تا ایستگاه پای پل 777/102 کیلومتر می‌باشد. کمترین مقدار دبی مربوط به قوس 7 به طول 600 متر (کوتاه‌ترین قوس) و برابر با 88/25 متر مکعب بر ثانیه است که در فاصلة 6/15 کیلومتری از ایستگاه پای پل واقع شده است.
		نتیجه‌گیری: بطور کلی مقادیر محاسبه شده شاخص LFH، نشان‌دهندة پتانسیل پایین خطر وقوع سیلاب‌های بزرگ در مسیر رودخانه کرخه است. مقدار تراکم زهکشی و میزان کل آبراهه‌ها در واحد سطح حوضه نیز این موضوع را تأیید می‌کند. در 18 قطعه از 44 قطعه مورد مطالعه مقدار شاخص منفی و بیانگر پتانسیل سیل‌خیزی پایین و در 26 قطعه مثبت و حاکی از پتانسیل سیل‌خیزی بالا است. بیشترین مقدار بدست آمده مربوط به قوس 44 (نزدیک به ایستگاه عبداخان) به مقدار 97/0 در فاصلة 113 کیلومتری ایستگاه پای پل و کمترین مقدار مربوط به قوس 33 به مقدار 38/3- در فاصلة 8/77 کیلومتری ایستگاه پای پل است.
نویسنده مسئول: علی لیاقت
نشانی: گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی. تلفن: [phone] پست الکترونیکی: [e-mail] DOR:
استناد: لیاقت علی، افشین‌شریفان رضا. ارزیابی پتانسیل سیل‌گیری مسیر پیچان رودی رودخانة کرخه با استفاده از شاخص خطر سیل‌خیزی محلی. پژوهش‌های نوین در مهندسی محیط زیست. 1402؛ (2) 1: 19-34.
	حقوق نویسندگان محفوظ است. این مقاله با دسترسی آزاد و تحت مجوز مالکیت خلاقانه http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 در فصلنامه پژوهش‌های نوین در مهندسی محیط زیست منتشر شده است. هرگونه استفاده غیرتجاری فقط با استناد و ارجاع به اثر اصلی مجاز است.

 

 

 

مقدمه

سیل حجم عظیمی از آب است که بیش از دبی متعارف رودخانه باشد. در کشور ما وقوع سیل بیش از آنکه ناشی از بارش‌های تند باشد، در رابطه با برهم خوردن تعادل طبیعی و شرایط جغرافیایی و فیزیولوژیکی منطقه می‌باشد (امیدوار 1389). مجموعه عواملی در طبیعت وجود دارند که باعث می‌شوند جریان رودخانه از آن حالت طبیعی و تعادل خود خارج شده و به یک عامل مخرب تبدیل شود. از مهمترین آن‌ها تبدیل اراضی، تخریب پوشش گیاهی، درجة اشباع شدن خاک، تجاوز به حریم رودخانه‌ها، شدت بارندگی، شیب و نفوذ‌پذیری حوضه می‌باشد (یمانی و عنایتی 1384). شناسایی سیل‌خیزی منطقه، از جمله روش‌های کاهش خطر‌های سیل است که اطلاعات ارزشمندی را در رابطه با طبیعت، سیلاب‌ها و آثار آن بر اراضی دشت سیل آبی و تعیین حریم رودخانه‌ها ارائه می‌دهد و در نتیجه امکان ارسال هشدار‌های مناسب در مواقع خطر سیل و تسهیل عملیات امداد و نجات را فراهم می‌سازد (نیک نژاد و علیزاده 1385). رودخانه‌ها و دشت‌ها هستة اصلی شکل‌گیری و تکامل تمدن‌های بشری از قرن‌ها پیش می‌باشند. ساحل رودخانه‌ها به عنوان مکان‌های مناسبی برای فعالیت‌های کشاورزی، صنعتی و تجاری در نظر گرفته می‌شود (حقی آبی و امامقلی‌زاده 1394). 

رودخانه‌هایی که از میان دشت‌ها عبور می‌کنند، پیوسته در مسیر خود تغییرات مورفولوژیکی جدیدی ایجاد می‌نمایند. فعال‌ترین این رودخانه‌ها، پیچان رود‌ها هستند (سیف و نجمی 1392). مجرای رود‌ها در واکنش به تغییرات رژیم آب‌شناسی و بار رسوب، مورفولوژی بستر خود را دائماً تغییر می‌دهند (شایان و دهستانی 1391). جابه‌جایی پیچان رود‌ها عملاً مشکلات عمده‌ای در محیط ایجاد می‌کند. بنابراین هم به لحاظ آکادمیک و هم به لحاظ نظری، شناخت پیچان رود‌ها لازم می‌باشد (هوک 2007). مسیر‌های رودخانه‌ها نشان دهندة تعادل هستند، تعادلی که به طور پیوسته در طول زمان و مکان در اثر نوساناتی در دبی و رسوب ایجاد می‌شود. در حالی که نتیجة این نوسانات با تغییر عمودی و افقی نمایان می‌شوند. این تغییر دینامیکی که ضامن قدرت و تنوع سیستم‌های طبیعی است، رودخانه را برای رسیدن به تعادل تحریک می‌کند. بنابراین، تغییر، یک امر طبیعی است و جزء حیاتی یک سیستم طبیعی پویاست (اولرو 2010). فرسایش کناری در رودخانه‌ها هر ساله خسارات زیادی را به زمین‌های کشاورزی، سازه‌های کنار رودخانه، جاده‌ها و پل‌ها وارد می‌کند (یمانی و شرفی 1391). همچنین باعث انتقال مقادیر قابل توجهی رسوب به مخازن سد‌ها می‌شود (حبیبی و همکاران، 1382). مورفولوژی الگوی بستر رود در طول زمان تابع عوامل متعددی همچون جنس سازند‌های زمین‌شناسی، دبی سیلاب، تغییرات آنتروپوژنیک، پوشش گیاهی، توپوگرافی و حرکات تکتونیکی است (کهربائیان و همکاران 1393). بررسی‌های آماری الگو‌های پیچان رودی نشان داده‌اند که این مورفولوژی از یکسری قواعد زمین‌آماری تبعیت می‌کنند. به عبارت دیگر، الگوی سینوسی بستر رود‌ها تابع نقش غالب فرایند‌ها و مجموعه عواملی است که در طی زمان اعمال می‌شود (نوحه‌گر و یمانی، 1382). الگو‌های متفاوت رودخانه‌ها تحت تأثیر عوامل متعدد طبیعی همچون تکتونیک، لیتولوژی، هیدرولوژی، اقلیم و عوامل انسانی از جمله تغییرات کاربری اراضی می‌باشد (اصغری سراسکانرود 1392). 

پیچان رود‌ها از اشکال مهم ژئومورفولوژیکی ـ هیدرولوژیکی می‌باشند و به لحاظ جابجایی‌های مکانی که در محدودة دشت‌های سیلابی انجام می‌دهند، موجب تغییر ابعاد مورفولوژیکی بستر جریان رودخانه‌ها و دشت‌های سیلابی می‌گردند. این پدیده‌ها به علت پویایی زیادی که دارند، مسائل و مشکلات عمده‌ای را نیز در محدوده‌های تشکیل به وجود می‌آورند. (خطیبی 2006)

پیچان رود‌ها از دشت‌های سیلابی جدا نیستند و این پدیده‌ها در واقع بیلان رسوبات را در مسیر جریان رودخانه‌ها و نیز با توجه به ویژگی‌های محل تشکیل، میزان فرسایش را در دشت‌های سیلابی تعیین می‌کنند. ایجاد پیچان رود‌ها به نوعی تلاش رودخانه‌ها در این زمینه محسوب می‌شود. تغییرات در میزان بار رسوبی، تغییرات در شیب، نوسانات در اقلیم، ایجاد سد‌ها و بند‌ها و بسیاری از تغییرات دیگر، می‌تواند زمینه را برای تشکیل پیچان رود‌ها در مسیر جریان رودخانه فراهم سازد. تشدید فرسایش در مسیر تشکیل پیچان رود‌ها و اصولاً حضور خود پیچان رود‌ها در مسیر رودخانه‌ها نشان‌دهندة مازاد انرژی در رودخانه‌هاست که در واقع رودخانه با ایجاد پیچ و خم در مسیر خود، درصدد صرف این انرژی مازاد برمی‌آید. پیچان رود‌ها به طور معمول با انحنا‌ها و قوس‌های متوالی همراهند. شکل عمدة آن‌ها گاه شبیه به هم و در مواردی نیز متفاوت است. پیچان رود‌ها که از شاخصه‌های مهم تغییرات محیطی و از نشانه‌های بارز وقوع تحول در بستر جریان آب‌ها به شمار می‌آیند، عامل بروز تغییرات حیاتی در بستر جریان رودخانه‌ها و در عین حال، مهمترین عامل تغییردهندة دشت‌های سیلابی و همچنین علت اصلی افزایش میزان رسوبات وارد شده به رودخانه‌ها محسوب می‌شوند. (دای و همکاران 2008). امیدوار و کیانفر (1389) با استفاده از 28 پارامتر فیزیـوگرافی، هیـدرومتری، نفوذپـذیری و اقلـیم پهنـه‌بنـدی پتانسـیل سیل‌خیزی را برای حوضة کنجان انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که در بین این پارامتر‌ها عامل شـکل بـا ضـریب ویژه 75/9 بیشترین تأثیر را در بین سایر عوامل، در سیل‌خیزی حوضه دارد. قنواتی و همکـاران (1391) در پژوهش به پهنه‌بندی سیلاب در حوضة فرحزاد با استفاده از مدل فازی پرداختـند. نتـایج نشـان داد کـه نواحی با خطر بالا در پایین‌دست حوضة و منطبق بر دره هستند. اغلب این مناطق درشیب صفر تا 20 درصـد و ارتفـاع 2300 تا 2650 قرار داشتند. 

علائی طالقانی و همکاران (1392)، به ارزیابی نقش انسان در فرسایش کناره‌ای و گسترش جانبی پیچان رود‌های رودخانة گاماسیاب در دشت بیستون پرداختند. دشت بیستون در یک دورة 24 ساله مورد بررسی مقایسه‌ای قرار گرفتند. به این صورت که ضریب خمیدگی 15 پیچان رود مورد دخالت انسان از 51/1 در سال 1986 به 7/1 در سال 2010 رسیده بود؛ درحالی که ضریب خمیدگی 19 پیچان رود دیگر در همین مدت از 22/1 به 28/1 افزایش پیدا کرده بود. خبازی و همکاران ( 1393) ردیابی مسیر‌ها و بارزسازی پیچان رود‌های قدیمی رودخانة کرخه پرداختند که در این پژوهش در یک بازة زمانی 33 ساله ابتدا با استفاده از تصاویر چند طبقی ماهوارة لندست در سال‌های 1975،2000 و 2008 نقشة توپوگرافی و تکنیک GIS اقدام به شناسایی اولیه و قدیمی رودخانة کرخه گردید. نتایج این تحقیق، منجر به شناسایی چهار مسیر عمده قدیمی به همراه تعداد زیادی مسیر‌های فرعی (66 مسیر) شد. مددی و همکاران (1394) در پژوهشی که با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های توپوگرافیک و زمین‌شناسی تغییرات مورفولوژیکی رخ داده در روابط مکانی از بستر زرینه رود (جیناتو) را بررسی و ارزیابی کردند. در مقابل این تخریب بخش‌های زیادی از رودخانه باقی مانده بود که برای سال‌های 1975 تا 1989 و 1989 تا 2010 به ترتیب برابر با 44/3 و 48/2 کیلومتر مربع در بخش 1 و برای بخش 2،29/3 و 52/1 کیلومتر مربع بود. اعظمی‌راد و همکاران (1397) برای تعیین پتانسیل سیل‌خیزی در محدوده حوضة کشف‌رود از روش SCS اصلاح شده درمحیط GIS و براساس مدل رقومی ارتفاع، پهنه‌بندی توزیع بارش، محاسبة تلفات بارش، نقشة کاربری اراضی و بر مبنای طبقه‌بندی حوضه‌های آبریز تماب درجه4 استفاده کردند. نتایج نشان داد که از مجموع حدود 658 روستا، آبادی و مرکز جمعیتی مورد شناسایی درحوضه، 78 درصد روستا‌ها دلیل قرارگیری در مناطق دشتی و کم شیب در پهنه‌هایی با پتانسیل سیل‌خیزی نرمال، 17درصد روستا‌ها در پهنه‌های با پتانسیل سیل‌خیزی بحرانی و 5 درصد روستا‌های حوضه با پتانسیل سیل‌خیزی فوق بحرانی قرار دارند. زیاری و همکاران (1400) به پهنه‌بندی پتانسیل سیل خیزی با استفاده از تحلیل سلسه مراتبی و منطق فازی در محیط GIS در شهر ایلام پرداختند. بررسی و تحلیل نهایی نقشه به دست آمده توسط ایشان بیانگر آن است که نواحی شمال و شمال غرب دارای بیشترین ظرفیت در برابر خطر سیل هستند. همچنین نتایج نشان داد که از کل مساحت منطقه 6/0 درصد در طبقه آسیب‌پذیری بسیار بالا, 29/6 درصد در طبقه آسیب‌پذیری بالا, 92/20 درصد در طبقه آسیب‌پذیری متوسط, 23/50 درصد در طبقه آسیب‌پذیری کم و 95/21 درصد در طبقه آسیب‌پذیری بسیار کم قرار دارند. 

سلیمانی و همکاران (1400) در پژوهشی به اولویت‌بندی پتانسیل خطر سیل خیزی حوضه آبخیز تالار در استان مازندران پرداختند، نتایج دبی حداکثر لحظه‌ای سیلاب نشان داد پل سفید با دبی 380 مترمکعب بر ثانیه بیشترین دبی را طی دوره آماری 1365 تا 1398 داشته است. زیرحوضه‌ها از نظر مشابهت پتانسیل سیل خیزی, فرسایش, پوشش گیاهی و تأثیرات عملکرد انسانی به سه گروه با پتانسیل سیل خیزی زیاد, متوسط و کم تفکیک شده‌اند. نتایج نشان داد بیشترین مقدار سیل خیزی در هر یک از زیرحوضه‌ها به ترتیب شامل زیرحوضه چاشم با 19/29 درصد, دراسله 25/23 درصد و در نهایت, شیرگاه 76/16 درصد است. تیلا گاواتی و همکاران (2011) به کمک سامانة اطلاعات جغرافیایی، مناطق در معرض خطر سیل استان پاپاناسام هند را نقشه‌برداری و پهنه‌بندی کردند. از نظر آن‌ها بخش‌های پر خطر و سیل‌گیر مناطق شهری به دلیل توپوگرافی خاص آن‌ها و مناطق سیل‌گیر ساحلی به دلیل فرسایش ساحلی آنهاست. استفانید و ساتیس (2013) در مطالعه‌ای با استفاده از AHP به بررسی تأثیر عوامل طبیعی و عوامل زیانبار انسانی روی خطر سیل‌خیزی حوضه‌های آبریز در شمال یونان پرداختند. آنان با در نظر گرفتن هفت عامل کاربری اراضی، فرسایش‌پذیری، شیب حوضه، شیب آبراهه اصلی، نفوذپذیری خاک، شکل حوضه و تراکم زهکشی به منزلة عوامل طبیعی و سه عامل تجاوز به حریم رودخانه، کار‌های فنی ناکافی، شکل مقطع رودخانه در مناطق هموار به منزلة عوامل زیانبار انسانی نقشه خطر سیل‌خیزی حوضه‌ها را تهیه کردند. نتایج مطالعه آنان نشان داد که عوامل زیانبار انسانی نقش بسزایی درخطر سیل‌خیزی دارند. سمپات و همکاران (2015) شبیه‌سازی رواناب در رودخانة ددورا اویا در سریلانکا را با انحرافات درون حوضه‌ای انجام دادند و برای داده‌های ثبت شده رواناب در زیرحوضه‌های انحرافی از مخازن ذخیر‌های استفاده کرده و مدل HEC-HMS را توسعه دادند. رملی و تاهیر (2016) برای شبیه‌سازی فرآیند بارش-رواناب در رودخانة کلانک-آمپانگ مالزی، مدل HEC-HMS را اجرا کردند. مقدار ضریب به میزان 86/0 نشان‌دهندة توانایی مدل در شبیه‌سازی رواناب بود. کاتارینا لازارویچ و همکاران (2023) در تحقیقی به تعیین مناطق خطر سیل ناگهانی در حوزه آبخیز لیکودرا در کشور صربستان پرداختند. هدف این مطالعه ارزیابی مناطق بالقوه خطر سیل ناگهانی در حوضه آبخیز لیکودرا (62/218 کیلومتر مربع)، با استفاده از شاخص پتانسیل سیل ناگهانی (FFPI) و فرآیند تحلیل سلسله مراتبی است. رویداد‌های تکراری از سال 1995 تا به امروز و تأثیر مخرب بر سکونتگاه‌های منطقه مورد تجزیه و تحلیل نشان می‌دهد که این قلمرو به شدت آسیب‌پذیر است. داده‌های مورد استفاده شامل آمار هیدرولوژیکی (حداکثر بارندگی روزانه) و داده‌های مکانی حوضه آبخیز (شیب، خاک، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، تراکم زهکشی) می‌باشد. نتایج نشان‌دهنده سطح خطر شدید سیل ناگهانی است که طبق معیار‌های در نظر گرفته شده و وزن‌هایی که به آن‌ها اختصاص داده می‌شود، 20/76 درصد، 78/87 درصد و 73/91 درصد از رده‌های حساس به سیل‌های ناگهانی بالا را شامل می‌شوند. همانطور که ملاحظه می‌شود، اکثر محققانی که اقدام به بررسی و ارزیابی پتانسیل خطر وقوع سیل کرده‌اند، از خصوصیات فیزیکی (شکل حوضه، تراکم زهکشی و ...) و ویژگی‌های هیدرولوژیکی (بارش، رواناب و ...) حوضه‌های آبریز استفاده کرده‌اند. در این تحقیقات از تصاویر ماهواره‌ای و عکس‌های هوایی استفاده شده است. همچنین برخی از محققان با استفاده از خواص مورفولوژیکی رودخانه اقدام به بررسی خطر وقوع سیل در حوضه‌ها کرده‌اند. 

هدف اصلی این تحقیق، ارزیابی و شناسایی مناطق دارای پتانسیل بالای وقوع سیل در مسیر پیچان رودی رودخانة کرخه با استفاده از شاخص خطر سیل خیزی محلی می‌باشد. این شاخص که کمتر در رودخانه‌های ایران محاسبه گردیده است، از مشخصات خود پیچان رود‌ها استفاده می‌کند. از آنجایی که جابجایی قوس پیچان رود‌ها به طرف کناره‌ها باعث افزایش فرسایش کناری در طول مسیر رودخانه و مخاطرات ناشی از آن می‌شود، بنابراین شناسایی پیچان رود‌هایی از رودخانه که خطر زیادی دارند از اهمیت زیادی برخوردار است. به دلیل این که رودخانه کرخه در پایین دست سد، یک رودخانه پیچان رودی بوده و اطلاعات مورد نیاز آن موجود بود، این منطقه، مورد مطالعه قرار گرفت. 

 

مواد و روش‌ها

منطقة مورد مطالعه

رودخانة کرخه پس از رودخانه‌های کارون و دز، سومین رودخانة پر آب کشور به حساب می‌آید. این رودخانه با طولی حدود 900 کیلومتر دارای بزرگترین حوضة آبریز با وسعت حدود 50000 کیلومتر مربع در میان رودخانه‌های ایران بوده و دارای دو شاخة گاماسب و قره‌سو می‌باشد. حوضة آبریز رودخانة کرخه در غرب کشور و در مناطق میانی و جنوب غربی رشته کوه‌های زاگرس قرار دارد. حوضة آبریز مذکور از 5 زیر حوضه تشکیل شده است که شامل گاماسیاب، قره سو، سیمره، کشکان و کرخه جنوبی می‌باشد. رودخانة کرخه به صورت نسبتاً کشیده و در جهت شمالی جنوبی است و از نظر موقعیت جغرافیایی بین طول‌های10/46 تا 7/49 و عرض‌های10/31 تا 00/35 محدود شده است. سرچشمة رودخانة کرخه از کوه‌های الوند در سلسله جبال زاگرس آغاز می‌شود. مطالعه در بازه‌ای از رودخانه کرخه در پایین‌دست سد کرخه ( ایستگاه هیدرومتری پای پل تا ایستگاه هیدرومتری عبدالخان) صورت گرفته است. طول بازة مورد مطالعه در حدود 110 کیلومتر است. 

 

روش پژوهش

ابتدا نقشة 1:250000 منطقه از سازمان نقشه‌برداری کشور جهت تهیة مدل رقومی ارتفاع (DEM) تهیه شد. فرمت نقشه‌های 1:250000 به وسیله نرم‌افزار Macro station باز می‌گردد. سپس به فرمت dxf* جهت ورود به نرم‌افزار اتوکد تبدیل شدند. پس از بازگشایی نقشه در نرم‌افزار اتوکد، فایل مذکور به نرم‌افزار GIS فرا خوانده شد. در نرم‌افزارGIS فایل Shp* (ارتفاع) به فایل رستری تبدیل و در نهایت از برش آن فایل DEM ایجاد شد. مشخصات فیزیکی حوضه از فایل DEM استخراج شد. 

 

محاسبة ضریب خمیدگی¹ رودخانه

این ضریب، یکی از معیار‌های کمی است که در تقسیم‌بندی شکل رودخانه استفاده می‌شود. این عامل، نشان‌دهندة نسیت طول خط محور رودخانه به طول دره یا طول چم است و میزان تکامل چم را نشان می‌دهد. ضریب خمیدگی بزرگتر از 4/1 تا 5/1 نشان‌دهندة پیچشی بودن رودخانه و کمتر از آن، نشان‌دهندة مستقیم بودن رودخانه است (دولتی 1378). برای در نظر گرفتن اثر یک پیچان رود (با توجه به شرایط خودش) نسبت به پیچان رود بعدی به صورت یک فاکتور مستقل، خطر سیل‌پذیری برای هر پیچان رود محاسبه شده و رودخانه به قسمت‌های مختلف تقسیم شد تا اثر خطرپذیری سیل در نقاط مختلف به صورت جزئی نشان داده شود. 

میزان خمیدگی رودخانه در طول قطعات مختلف، با استفاده از رابطة 1 محاسبه می‌شود: 

(1)                

که: 

S- میزان خمیدگی

T- طول خمیدگی برحسب متر 

L - مسافت طولی خط مستقیم بر حسب متر

با استفاده از نرم‌افزار اتوکد و نقشة 1:500مسیر رودخانه که توسط سازمان آب و برق خوزستان برداشت شده بود، مقدار طول خمیدگی و مسافت طولی خط مستقیم محاسبه گردید (شکل 1). 

 

 

---

[1] . Sinuosity

 

 

شکل1- تصویری از نقشة 1:500 رودخانة کرخه در پایین‌دست سد کرخه (سازمان آب و برق خوزستان)

 

 

 

محاسبة دبی مقطع پر با استفاده از طول پیچان رود

 بین دبی و خصوصیات مسیر‌های خمیده (مخصوصاً قوس آن) رابطة مستقیم وجود دارد. تیمار و گابریس(2008 )بر اساس اطلاعات گسترده هیدرولوژیکی، رقومی و ژئومورفولوژیکی رودخانه تیزسا در مجارستان رابطه 2 را برای برآورد دبی میانگین استنتاج نموده‌اند. (بیاتی و همکاران، 1391) از این رابطه برای برآورد سیلاب‌های مسیر رودخانه آجی چای در شمال غرب ایران استفاده نموده و نتایج مناسبی بدست آورده است. بنابراین در مقاله حاضر نیز طول پیچان رود از روی نقشه 1:500 اندازه‌گیری شده و با استفاده از رابطه مذکور میانگین دبی رودخانه محاسبه گردیده است 

(2)             

که: 

Q= دبی مقطع پر بر حسب متر مکعب بر ثانیه، 

L = طول پیچان بر حسب متر

 

 

 

شکل2- نمایی از یک بازه و مقطع عرضی برای اندازه‌گیری شکل کانال ( لولورد 2004)

 

 

این دبی مقطع پر، متوسط پتانسیل عبوری جریان برای هر خم یا همان طول پیچان رود می‌باشد. بنابراین مقدار Q، پتانسیلی است که برای عبور جریان در هر پیچان رود در نظر گرفته شده است؛ لذا با متوسط دبی عبوری با دور برگشت‌های مختلف در یک رودخانه که می‌بایستی ثابت باشد از نظر مفهومی متفاوت می‌باشد. 

محاسبة پتانسیل سیل‌خیزی مسیر‌های پیچان رودی رودخانه

در طول رودخانه‌هایی با الگوی جریان پیچان رودی، اندازه مسیر سیلاب‌ها به وسیلة پهنای کمربند پیچان رود بستر فعال، کنترل می‌شود. (دانیل و همکاران، 2006). بنابراین با استفاده از پهنای کمربند کانال و فواصل پشته‌های ایجاد شده در مسیر پیچان رود (با استفاده از محل قوس‌های پیچان رود‌ها) و بزرگی پیچان رود و در نتیجه، بیلان بین شاخص‌های مربوط به بزرگی پیچان رود‌ها و فواصل پشته‌ها و پهنای کمربند پیچان رود، می‌توان خطر سیل را در مسیر رودخانه‌های پیچان رودی محاسبه کرد. برای این کار ابتدا باید نقشه 1:500 رودخانه و دشت سیلابی تهیه شود تا بتوان فاکتور‌های لازم را برای محاسبه شاخص LFH مانند پهنای کمربند فعال که با توجه به پهنای کانال محاسبه می‌شود، استخراج نمود. منظور از بزرگی پیچان رود، طول واقعی رودخانه در پیچان رود مورد نظر است که این پارامتر هم با استفاده از نقشه‌های 1:500 بدست می‌آید. از آنجایی که فواصل پشته‌های ایجاد شده در مسیر پیچان رود، خارج از دشت سیلابی نیست، بنابراین برای محاسبة این پارامتر از اندازة دشت سیلابی استفاده می‌شود. مقادیر منفی و یا صفر این شاخص، معرف محدوده‌هایی بدون خطر سیل است و این در صورتی است که مسیر رود در کانالی محدود شده و قدرت حرکت جانبی نداشته باشد. اما اگر مقادیر LFH به یک نزدیک شود، به همان میزان خطر سیلاب‌های محلی نیز افزایش می‌یابد. ( لزی و همکاران، 2009)

شاخص LFH، شاخص مهمی برای محاسبة پتانسیل سیل‌خیزی است که در آن، طول رودخانة پیچان رودی و اندازة مسیر سیلاب با پهنای بستر فعال کنترل می‌شود. بنابراین جهت محاسبة پهنای کمربند پیچان می‌توان از فرمول‌های تجربی موجود (که در آن‌ها پهنای کانال محاسبه می‌شود) استفاده نمود. ویلئامز (1986) معادله 3 را جهت محاسبة پهنای کمربند پیچان(B) با استفاده از پهنای کانال (W) برای مسیر‌هایی که شیب آن‌ها کمتر از 2 بوده، ارائه کرده است: 

(2)            

که: 

B کمربند پیچان بر حسب متر، W پهنای کانال بر حسب متر. 

برای محاسبة پهنای کانال(W) از نقشة 1:500 و پروفیل رودخانه استفاده شد که در اشکال 3 و 4 مقدار پهنای کانال (W) در دو مقطع مختلف به عنوان نمونه آورده شده است. 

 

 

 

شکل3- تصویر پروفیل رودخانه برای محاسبه مقدار w مقطع شماره 5 رودخانه کرخه 

 

 

شکل4- تصویر پروفیل رودخانه برای محاسبة مقدارw مقطع شماره 10رودخانه کرخه

 

 

مقطع عرضی دشت‌های سیلابی، پارامتری قابل اعتماد برای تعیین محدودة عبور موج سیلاب‌هاست. به عبارت دیگر، محدوده‌هایی که آخرین پشته‌های رسوبی ناشی از عبور سیلاب در مسیر رودخانه‌های پیچان رودی باقی مانده‌اند(d) (و از تصاویر هوایی و ماهواره‌ای نیز مشخص است) ملاک مناسب برای تعیین مسیر عبور سیلاب‌ها از قوس‌های پیچان رود به شمار می‌آیند. بنابراین می‌توان مسیر تقریبی فروکش سیلاب‌ها(FR) را با استفاده از فواصل پشته‌های باقیمانده در بخش دیگر قوس پیچان رود و پهنای کانال، با استفاده از رابطه 4 محاسبه کرد (Loczy et al. , 2009): 

(4)  

با استفاده از بزرگی واقعی قوس‌های پیچان رود یا طول خمیدة پیچان رود (Aact) و بزرگترین پیچان رود ممکن در مسیر رودخانه (Amax)، می‌توان مرحلة تنظیم کانال(CA) را با استفاده از رابطة 5 محاسبه کرد: 

(5)         

با توجه به این که محاسبه و اندازه‌گیری Amax بسیار دشوار است، می‌توان به جای آن از d در رابطة 6 استفاده کرد: 

 (6)        

بیلان بین FR و CA، که شاخص مهم برای محاسبة خطر وقوع سیل (LFH) در مسیر رودخانه‌های پیچان رودی است، با استفاده از رابطة 7 محاسبه می‌شود (Loczy et al. , 2009): 

 (7 )      

 

 

نتایج و بحث

بررسی سیل‌خیزی حوضة مورد مطالعه با استفاده از شاخص‌های مختلف مورفومتریک

اعداد حاصل از بکارگیری شاخص‌های مورفومتریک می‌تواند اطلاعات مهمی را در مورد پتانسیل سیل‌خیزی حوضه‌ها و رودخانه‌ها نشان دهد. به همین دلیل، در این تحقیق نیز به نتایج حاصل از بکارگیری این شاخص‌ها استناد شده است. با استفاده از خصوصیات فیزیکی حوضه که به طور کامل در جدول 1 آمده است و فرمول‌های موجود برای محاسبة شاخص‌های مورفومتریک حوضه، ضرائب مربوط به شاخص‌های مورفومتریک محاسبه شده است ( جدول 2). 

 

 

جدول1- خصوصیات فیزیکی حوضة مورد مطالعه

واحد	مقدار	پارامتر
کیلومتر مربع	4/51219	مساحت حوضه
متر متر	1669800	محیط حوضه
	110550	طول حوضه
-	06/2	ضریب گراویلیوس
-	31/2	نسبت کشیدگی
کیلومتر بر کیلومتر مربع	034/0	تراکم آبراهه
متر	1746640	طول کل آبراهه‌ها
متر	110550	طول آبراهة اصلی
متر	250	حداکثر ارتفاع
متر	43	حداقل ارتفاع

 

جدول2- ضرایب شاخص‌های مورفومتریک محاسبه شده حوضة رودخانة کرخه

شاخص	مقدار
فرکانس آبراهه (Fu)	002/0
تراکم زهکشی (Dd)	0341/0
ضریب ثابت نگهداری کانال (C)	33/29
ناهمواری حوضه (Bh)	207
ضریب ناهمواری (Rn)	06/7
ضریب کشیدگی (Re)	3106/2
ضریب گردواری (Rc)	066/2
ضریب تراکم (Kc)	234/0
عامل شکل (Rf)	2317/0
نسبت بافت (T)	0629/0

 

 

محاسبة میزان خمیدگی رودخانة کرخه

بررسی و محاسبات نشان می‌دهد که میزان خمیدگی رودخانه کرخه در مسیر‌های مختلف، با توجه به قطعات مورد مطالعه متفاوت است. در رودخانه کرخه، از 44 قطعه محاسبه شده، در 32 قطعه حالت سینوسی و 12 قطعه شرایط پیچان رودی مشاهده می‌شود. (شکل5). 

بیشترین مقدار خمیدگی، مربوط به قوس 35 در فاصلة 120/83 کیلومتری از ایستگاه پای پل است که مقدار آن 62/3 می‌باشد که این مقدار بیانگر پیچان رودی بودن آن قوس است. کمترین مقدار خمیدگی، مربوط به قوس 1 در فاصلة 6/4 کیلومتری از ایستگاه پای پل است که مقدار آن برابر 033/1 می‌باشد که این بیانگر سینوسی بودن قوس است. 

 

 

 

شکل 5- خمیدگی رودخانة کرخه از ایستگاه پای پل تا ایستگاه عبدالخان

 

 

بررسی و برآورد دبی مقطع پر با استفاده از طول پیچان رود: 

میزان دبی مقطع پر با استفاده از طول پیچان رود در 44 مقطع برش خورده در رودخانه کرخه برآورد شد که نتایج حاصل از بکارگیری رابطة ارائه شده در محدوده مورد مطالعه نشان می‌دهد که در بخش‌هایی که طول پیچان رود افزایش یافته، میزان دبی نیز بیشتر شده است. به عبارت دیگر، از قوس‌های بزرگ پیچان رود، سیلاب‌های با دبی بالا گذر کرده است( شکل6). در این 44 مقطع، بیشترین مقدار دبی مربوط به قوس 41 به طول 2521 متر (بلندترین قوس) به مقدار 9/342 متر مکعب بر ثانیه است، که فاصلة آن قوس تا ایستگاه پای پل 777/102 کیلومتر می‌باشد. کمترین مقدار دبی مربوط به قوس 7 به طول 600 متر (کوتاه‌ترین قوس) به مقدار 88/25 متر مکعب بر ثانیه است که در فاصلة 6/15 کیلومتری از ایستگاه پای پل واقع شده است. 

 

 

 

شکل6- نمودار تغییرات طول پیچان رود‌ها و دبی در مسیرودخانة کرخه

 

 

همان طور که مشاهده می‌شود، دبی محاسباتی در مقطع 1 برابر 52/50 بوده که با مقادیر میانگین دبی در ایستگاه پای پل (ورودی حوضه) همخوانی نسبی دارد (شکل7). 

 

 

 

 

شکل7- هیدروگراف ایستگاه پای پل و میانگین دبی مقطع پر محاسبه شده رودخانة کرخه در بازة مورد مطالعه

 

 

بررسی سیل‌خیزی حوضة رودخانة کرخه با استفاده از شاخص‌های مختلف مورفومتریک

در تحلیل پتانسیل سیل‌خیزی محدوده‌ها، توجه به میزان تراکم زهکشی می‌تواند بهترین شاخص باشد و به همین دلیل در این مطالعه به آن توجه شده است. بررسی اعداد مربوط به تراکم زهکشی نشان می‌دهد که میزان کل آبراهه‌ها در واحد سطح رودخانه پایین بوده که به معنی پتانسیل سیل‌خیزی پایین در این حوضه می‌باشد. ضریب ثابت کانال که معکوس تراکم زهکشی است، می‌تواند توجیه‌کنندة عکس توضیحات ارایه شده در مورد تراکم زهکشی حوضه‌ها باشد. اعداد مربوط به ناهمواری حوضه نشان می‌دهد که اختلاف ارتفاع در این حوضه کم بوده و به تبع آن، شیب آبراهه‌ها نیز در این حوضه کم است. در واقع در چنین حوضه‌ای رواناب‌ها می‌توانند با سرعت کمتری خود را به آبراهة اصلی برسانند. بنابراین پتانسیل سیل‌خیزی و در نتیجه احتمال ایجاد قوس‌های عمده، در مسیر کم خواهد بود. در حوضه‌ای مانند رودخانه کرخه که مقدار ضریب ناهمواری پایین است، دامنه‌ها کوتاه و کم شیب می‌باشند. بنابراین آب‌ها در زمان بیشتری به پایین دامنه‌ها می‌رسند. به عبارت دیگر، در محدوده‌ای ویژه نه تنها آب کمتری جمع‌آوری می‌شود، بلکه آب‌های جمع‌آوری شده نیز با سرعت کمتری به آبراهه‌های بزرگتر می‌رسند و این یعنی پتانسیل کم حوضه نسبت به وقوع سیل‌هایی با دبی زیاد. شکل حوضه، بهترین شاخص برای برآورد سیل‌خیزی حوضه‌هاست. با استفاده از ضریب کشیدگی می‌توان پتانسیل سیل‌خیزی حوضه‌ها را نشان داد. مواردی که ذکر شد، برای ضریب گردآوری نیز صادق است. 

بررسی خطر وقوع سیل در مسیر پیج و خم‌دار رودخانة کرخه

نتایج حاصل نشان می‌دهد که در مسیر رودخانة کرخه، مقدار میانگین شاخص LFH زیر صفر است و 41% مقادیر محاسبه شده منفی و 59% مثبت می‌باشند ( شکل8). با این یادآوری که مقادیر 1و نزدیک به 1 معرف سیل‌خیزی بالا در مسیر پیچان رود‌ها و مقادیر صفر و یا منفی، معرف عدم تشکیل سیل در محدودة مورد بررسی است. 

 

 

شکل 8- شاخص LFH در کل قطعات رودخانة کرخه از ایستگاه پای پل تا ایستگاه عبدالخان

 

 

با توجه به مقادیر محاسبه شده، 18 قطعه از 44 قطعه مورد مطالعه مقدار شاخصLFH منفی که بیانگر پتانسیل سیل‌خیزی پایین و تعداد 26 قطعه مثبت می‌باشد که حاکی از پتانسیل سیل‌خیزی زیاد است. بیشترین مقدار بدست آمده مربوط به قوس 44 (نزدیک به ایستگاه عبداخان) به مقدار 97/0 در فاصلة 113 کیلومتری ایستگاه پای پل می‌باشد. کمترین مقدار مربوط به قوس 33 به مقدار 38/3- در فاصلة 8/77 کیلومتری ایستگاه پای پل است. در واقع مقدار LFH در مسیر رودخانة کرخه نشان‌دهندة پتانسیل پایین خطر وقوع سیلاب‌های بزرگ در مسیر رودخانه است. به دلیل زیاد بودن طول رودخانه، در اینجا قسمتی از رودخانه به عنوان نمونه با استفاده از نرم‌افزار GIS نمایش داده شده است (شکل 9). 

 

 

 

شکل9- نمایش شاخص LFH مقطع‌های ایجاد شده در سامانة اطلاعات جغرافیایی

 

ارزیابی می‌دانی و صحت سنجی شاخص LFH محاسبه شده

بررسی می‌دانی در محدودة مورد مطالعه نشان می‌دهد که زمانی که قوس پیچان با دیواره‌ها مماس می‌گردد، مواد آبرفتی کناری به داخل بستر فرو ریخته و در بستر جا به جا می‌شوند. در این محدوده‌ها قدرت سایشی قوس‌ها به حدی است که گاه درختان کناری نیز نمی‌توانند مانع فرسایش کناری شوند ( شکل 10). 

 

 

 

شکل10- نمایی از فرسایش کناری رودخانه

 

 

در بازدید می‌دانی برای نمونه، تعدادی از قوس‌ها مورد بررسی قرار گرفتند که در زیر به توضیح آن‌ها پرداخته می‌شود: 

در قوس شمارة 6 که یک قوس پیچان رودی بوده و سینوسیتة آن 68/1 می‌باشد و به فاصلة 14 کیلومتری از ایستگاه پای پل قرار دارد، میزان شاخص LFH مربوط به این قوس 11/0 و دبی میانگین محاسبه شده 87/55 متر مکعب بر ثانیه است (شکل 11). خطر سیل‌خیزی در این قوس کم است. 

 

 

 

شکل11- نمایی از قوس شمارة 6

 

 

قوس شمارة 15 که یک قوس سینوسی و با سینوسیتة 42/1 و به فاصلة 33 کیلومتری از ایستگاه پای پل است که مقدار LFH آن برابر با 075/0 و دبی میانگین آن 35/79 متر مکعب بر ثانیه است ( شکل 12). خطر سیل‌خیزی در این قوس کم است. 

 

 

 

شکل 12- نمایی از قوس شمارة 15

 

 

قوس شماره 16 که یک قوس پیچان رودی با خمیدگی 56/1 و به فاصله 34 کیلومتری از ایستگاه پای پل است (نزدیک به شهر شوش)، مقدار شاخص LFH محاسبه شده برای این قوس برابر 41/0 و مقدار دبی میانگین 33/62 متر مکعب بر ثانیه است (شکل 13). با توجه به این شکل می‌توان به این نتیجه رسید که خطر سیل‌خیزی در این قوس کم است. 

 

 

 

 

شکل 13- نمایی از قوس شمارة 16

 

 

قوس شمارة 26 به فاصلة 59 کیلومتری از ایستگاه پای پل که یک قوس سینوسی باسینوسیتة 46/1 است دارای LFH به مقدار 46/0 و دبی میانگین 246 متر مکعب بر ثانیه می‌باشد ( شکل 14). با توجه به این شکل مشاهده می‌شود که فرسایش کناری در این قوس زیاد بوده و به زمین‌های کشاورزی اطراف خسارت وارد شده است. 

 

 

 

شکل14- نمایی از قوس شمارة 26

 

 

قوس شمارة 44 که یک قوس سینوسی با سینوسیتة 15/1 و به فاصلة 113 کیلومتری ایستگاه پای پل قرار دارد، مقدار شاخص LFH 97/0 و دبی میانگین 88/70 متر مکعب بر ثانیه است ( شکل15). با توجه به شکل15 و مقدار شاخص می‌توان به این نتیجه رسید که خطر سیل‌خیزی در این قوس زیاد است. 

 

 

 

شکل 15- نمایی از قوس شمارة 44

 

 

نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها

در این مطالعه با استفاده از شاخص خطر محلی پتانسیل سیل‌خیزی مسیر‌های پیچان رودی رودخانة کرخه مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به مقادیر محاسبه شده، 18 قطعه از 44 قطعه مورد مطالعه مقدار شاخص LFH منفی که بیانگر پتانسیل سیل‌خیزی پایین و تعداد 26 قطعه مثبت می‌باشد که حاکی از پتانسیل سیل‌خیزی زیاد است. بیشترین مقدار بدست آمده مربوط به قوس 44 (نزدیک به ایستگاه عبداخان) به مقدار 97/0 در فاصلة 113 کیلومتری ایستگاه پای پل می‌باشد. کمترین مقدار مربوط به قوس 33 به مقدار 38/3- در فاصلة 8/77 کیلومتری ایستگاه پای پل است. در واقع مقدار شاخص LFH در مسیر رودخانة کرخه نشان‌دهندة پتانسیل پایین خطر وقوع سیلاب‌های بزرگ در مسیر رودخانه است. بررسی و محاسبات نشان دادند که میزان خمیدگی رودخانه کرخه در مسیر‌های مختلف، با توجه به قطعات مورد مطالعه، متفاوت است. در رودخانة کرخه، از 44 قطعة در نظر گرفته شده، در 32 قطعه حالت سینوسی و در 12 قطعه شرایط پیچان رودی مشاهده می‌شود. نتایج به دست آمده حاکی از این است که تعداد آبراهه‌های رتبة یک در واحد سطح در حوضه رودخانة کرخه کم است. این بدان معنا است که در رودخانه کرخه تعداد آبراهه‌هایی که می‌توانند رواناب‌ها را در اختیار رتبة بالاتر قرار دهند به مراتب کمتر است. بررسی اعداد مربوط به تراکم زهکشی نشان داد که میزان کل آبراهه‌ها در واحد سطح رودخانه، پایین است که به معنی پتانسیل سیل‌خیزی پایین در این حوضه می‌باشد. اعداد مربوط به ناهمواری حوضه نشان می‌دهند که اختلاف ارتفاع و به تبع آن، شیب آبراهه‌ها در این حوضه کم است. در واقع در چنین حوضه‌ای رواناب‌ها می‌توانند با سرعت کمتری خود را به آبراهة اصلی برسانند. بنابراین پتانسیل سیل‌خیزی و در نتیجه احتمال ایجاد قوس‌های عمده در مسیر کم خواهد بود. اعداد مربوط به ضریب ناهمواری نیز در حوضه مذکور کم است که حاکی از دامنه‌های کوتاه و کم شیب می‌باشد. بنابراین آب‌ها در زمان بیشتری به پایین دامنه‌ها می‌رسند و در نتیجه، در محدوده‌ای ویژه نه تنها آب کمتری جمع‌آوری می‌شود بلکه آب‌های جمع‌آوری شده نیز با سرعت کمتری به آبراهه‌های بزرگتر می‌رسند و این یعنی پتانسیل کم حوضه نسبت به وقوع سیل‌هایی با دبی‌های زیاد. 

 

 

 

 

 

References

 

1.       Alaei Taleghani M, Hasli F, Ahmadi Malavardi M. Evaluation of human role in lateral erosion and lateral expansion of Gamasiab river meanders in Biston plain. GES. 2013; 3(6): 107-120 

2.       Asghari Saraskanroud S, Investigation and analysis of different patterns of Shahrchai river in Urmia. Iranian applied geomorphology. 2013; 1(1): 1-55.https://civilica.com/doc/793720

3.       Azami Rad M, Ghahraman B, Esmaili K. Investigating the flood potential of Kashf River watershed of Mashhad based on SCS method in GIS environment. watershed management. 2018; 9 (17): 26-38.

4.       Bayati Khatibi M. Investigation and estimation of floods in the course of meandering rivers with reference to the changes of bending arcs (case study: River AgiChai in northwest of Iran). geoeh. 2012; 1(3): 39-56. Doi: 10.22067/geo. v1i3.20263

5.       Dai S. B, Yang S. L, Cai A. M. Impacts of Dams on the Sediment Flux of the Pearl River, Southern China. Catena. 2008; 76(1): 36–43. doi: 10.1016/j. catena. 2008.08.004

6.        Dolati J. 2018. Investigating the geomorphological changes of the middle part of Etrak river using GIS. Master's thesis. University of Tehran. Faculty of Geography. 

7.       Habibi M, Javaheri N, Mathematical model for predicting lateral erosion in Meander Rivers. Technical Faculty Journal of Tehran University. 2003; 37(2): 227-234

8.       Haghiabi A. H, Imamgholizadeh S. Prediction of lateral erosion of Meander sections of Kashkan River. Geogr. Dev. 2015; 40:125-138.

9.       Hooke. J. M.meandering rivers. , Buckingham Building, Lion Terrace. 2007.

10.       Omidvar K, Kianfar A, Asghari Sh. Zoning the Flood-Producing Potentials of Konjancham Basin. Physical Geography Research. 2010; 42(72): 73-90.

11.       Kaharbaiyan P, Behinafar A, Shakri Zare H, Arefi M. Morphological evolutions and meandering pattern of Harirrood border river bed using RS, quantitative geomorphology researches. 2015; 3:53-64.

12.       Ghanavati A, Karam A, Aghaalikhani M. Flood risk zonation in the farahzad basin (Tehran) using Fuzzy model. GEP Journal. 2013; 48(4): 121-138.

13.       Khabazi M, Seyfard A, Shirvani K, NovheSera M. Tracing the paths and highlighting the old meanders of the Karkhe River. Quantitative Geomorphology Research. 2014; 3(1): 37-50. Dor: 20.1001.1.22519424.1393.3.1.3.9

14.       Lazarević K, Todosijević M, Vulević T, Polovina S, Momirović N, Caković M. Determination of Flash Flood Hazard Areas in the Likodra Watershed. Water. 2023 Jul 26; 15(15): 2698.doi.org/10.3390/w15152698

15.       Loczy D, Kis E, Schweitzer F. Local Flood Hazard Assessed from Channel morphology along the Tisza River in Hungary. Geomorphology,2009; 113(3): 200-209. doi: 10.1016/j. geomorph. 2009.03.013

16.       Madadi A, Beheshti Javid A, Fathi, M. Revealing the changes of the river bed and investigating the river morphology according to the influence of geological structures (Case study: Zarin River). Hydrogeomorphology. 2015; 2(2): 25-40.

17.       Nikenjad D, Alizadeh E, 2006, Study of flooding and its control in two sub-basins of Lake Urmia, technical workshop on coexistence with flooding. Irrigation and Drainage Committee, Urmia, Iran. 

18.       Novhegar A, Yamani M. Investigation of the geomorphological situation of Meander and its role in the erosion of the bed and banks of the Minab River (downstream of the Minab Dam), Geogr. Res. 2003; 37(51): 65-84

19.       Ollero A. Channel changes and floodplain management in the meandering middle Ebro River, Spain. Geomorphology. 2010; 117(3): 247–260. Doi: 10.1016/j. geomorph. 2009.01.015

20.       Ramly S, Wardah T. Application of HEC-GeoHMS and HEC-HMS as rainfall-runoff model for flood simulation. ISFRAM. 2015:181-192. doi: 10.1007/978-981-10-0500-8_15

21.       Sampath D. S, Weerakoon S. B, Herath S. HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment with intra-basin diversions – case study of the Deduru Oya river basin, Sri Lanka. Engineer Journal of the Institution of Engineers Sri Lanka, 2015; XLVIII (01): 1-9. doi: 10.4038/engineer. v48i1.6843

22.       Seif A, Najmi N. Enhancement of the Meander changes in Karon riverv using multi-temporal images of IRS and Landsat, Geogr. Res. 2013; 28(110): 211-226

23.       Shayan S, Dehestani H. Calculations of Geometric Parameters and Investigations of its Geomorphological Changes Pattern in Kashkan River, Environmental Erosion Researches. 2013; 8:21-34

24.       Stefanidis S, Stathi. Assessment of f flood hazard based on natural and anth ropogenic factors using analytic hierarchy process (AHP). Natural Hazards. 2013; 68(2): 569–585. doi: 10.1007/s11069-013-0639-5

25.       Soleimani Karim, Fatemeh Shukrian, Sepideh Abdoli Bojani, Saberi Aref. Prioritization of flood risk potential of Talar watershed in GIS. Ecohydrology Journal. 2021; 8(3): 749-762.

26.       Thilagavathi G, Tamilenthi S, Ramu C, Baskaran R. Application of Gis in Flood Hazard Zonation Studies in Papanasam, Taluk, Thanjavur District, Tamilnadu. Advances in Applied Science Research, 2011; 2 (3): 574-585. Available online at www.pelagiaresearchlibrary.com. 

27.       Timár G, Gábris G. Estimation of Water Conductivity of the Natural Flood Channels on the Tisza Flood-Plain, the Great Hungarian Plain. Geomorphology, 2008; 98:250–261. doi: 10.1016/j. geomorph. 2006.12.031

28.       Yamani M. Sharafi S. Geomorphology and effective factors on lateral erosion in Hor Rood River, Lorestan province. Geography and Environmental Planning Journal. 2012; 45(1): 15-23.

29.       Yamani M, Enayati M. The relationship between geomorphologic characteristics of watersheds and flood potential. Geogr. Res,2005; 54(4): 47-57.

30.       Ziyari Karamatullah, Rajaee Syed Abbas, Darab Khani Rasool. Flood potential zoning using hierarchical analysis and fuzzy logic in GIS, case study: Ilam city. Crisis Manag. Journal. 2021; 10(19): 21-30.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Flood Potential Evaluation of the Meandering Karkheh River Reach Using the Local Flood Hazard Index
Ali Liaghat		Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
Reza Afshin Sharifan		Water Engineering Department, Agriculture Faculty, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
		Extended Abstract
Received: 24 June 2023    Accepted: 27 Aug 2023		Introduction: Meanders are one of the important geomorphological-hydrological forms, and in terms of the spatial displacements they carry out in the limits of the flood plains, they change the morphological dimensions of the river bed and flood plains. Due to their high dynamics, these phenomena also cause major issues and problems in the boundaries of formation. Often, the presence of meanders shows the potential of the river for the occurrence of maximum discharges. In this research, areas with high flood potential in the meandering path of the Karkheh River have been identified using the local flood risk index (LFH).  Materials and Methods: In this study, using the LFH index, the flood potential of the meandering paths of Karkheh River was evaluated. LFH is an index that is used to evaluate the potential of flood risk along the meandering path of the river. This index is computed using coefficients and morphological parameters of the catchment (roughness of the basin, drains density, roughness coefficient, elongation coefficient, etc. ) and meander geometric factors (meander length, meander curvature, arc angle, channel width, etc. ).
Keywords: River, Flood, LFH index, Meander.		Results and Discussion: The bank full flow rates were estimated using the length of the meander at 44 certain sections in the Karkheh River. results show that in the sections with the increasing meander lengths, flow rate will also be increased. In other words, high flow rates have passed through the large meander arcs. In these 44 sections, the highest discharge belongs to arch 41 with 2521 meters length (the longest arch) and 342.9 CMS flow. the distance of this arch from paypol station is 102.777 km. Also the lowest discharge belongs to arch 7 with 600 meters length (the shortest arch) and 25.88 CMS flow. the distance of arch 7 from paypol station is 15.6 km
		Conclusion: In overall, computed LFH indices show low flood potential in the Meandering Karkheh River Reach. This result is justified due to drainage density and total lengths of waterways per unit area in the Karkheh river basin. the values of LFH in 18 sections are negative that indicates low flood potential. In contrast, the same values are positive in 26 sections with high flood potential.
Corresponding author: Ali Liaghat
Address: Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz. Tell: [phone] Email: [e-mail] DOR:
Citation: Liaghat A, Sharifan AR, Flood Potential Evaluation of the Meandering Karkheh River Reach Using the Local Flood Hazard Index. Journal of New Researches in Environmental Engineering. 2023; 1(2): 19-34.
	© 2023, This article published in Journal of New Researches in Environmental Engineering (JNREE) as an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0). Non-commercial use, distribution and reproduction of this article is permitted in any medium, provided the original work is properly cited.

 

---