مقایسه و اولویت‌بندی سیل‌خیزی زیر حوضه‌های نکارود با استفاده از روش مورفومتریک در سامانه اطلاعات جغرافیایی
محورهای موضوعی : کشاورزی، مرتع داری، آبخیزداری و جنگلداریمهراب زالی 1 , کریم سلیمانی 2 , محمود حبیب نژاد روشن 3 , میرحسن میریعقوب زاده 4
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت حوضه های آبخیز، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران
2 - استاد گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
3 - استاد گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
4 - استادیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، آذربایجان غربی، ایران
کلید واژه: آبخیز نکارود, اولویت‌بندی, تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی, سیل,
چکیده مقاله :
پیشینه و هدف سیلاب از فاجعه بارترین و خطرناک‌ترین خطرات طبیعی است، زیرا ناگهانی و غیرقابل پیش‌بینی است و منجر به تخریب زیرساخت‌ها، تهدیدی برای جان و مال انسان می شود. شناسایی مناطق دارای پتانسیل سیل‌خیز بالا ازجمله کارهای بسیار مهم در کنترل سیلاب و کاهش خسارات ناشی از آن می‌باشد. سیل یکی از جدی‌ترین خطرات طبیعی است که تهدیدهای جدی برای مناطق مسکونی به وجود می آورد و همچنین باعث خطرات مالی و/جانی می شود. سیلاب ازنظر خسارت در مقایسه با خسارات ناشی از زمین‌لرزه، آتشفشان و رانش زمین، در رتبه اول قرار دارد پیامدهای این بلایا را می توان در قالب اقتصادی و زیست محیطی شدیدی ازجمله از بین بردن زمین‌های کشاورزی، کاهش عملکرد محصول و ایجاد کمبود آب شیرین در منطقه سیل‌خیز اشاره کرد. سیلاب نه تنها در مناطق جلگه ای بلکه در محیط های کوهستانی نیز می تواند رخ دهد. تجزیه و تحلیل سیل و روابط آن با متغیرهای توضیحی می تواند به مدیران آب کمک کند تا مؤثرترین متغیر را در سیلاب شناسایی کنند. جوامع، کشورها و قاره ها، به دلیل افزایش شدت و فراوانی این بلایای طبیعی، با تلفات شدید انسانی و هزینه های اقتصادی روبرو شده است). در جهان به دلیل افزایش های این بلایای طبیعی، مرگ انسان در دوره پیش رو احتمالاً دو برابر تخمین زده می شود. سیل یکی از جدی ترین خطرات طبیعی است که تهدیدهای جدی برای مناطق مسکونی به وجود. تغییرات آب و هوا و افزایش مداوم شهرنشینی که با افزایش جمعیت رخ می دهد، به دنبال آن ساخت و سازها توسط بشر افزایش می یابد و در نهایت باعث کاهش سطح نفوذپذیر و احتمالاً خطر سیل و پتانسیل خسارت اقتصادی-اجتماعی را بیشتر افزایش می دهد. با تأیید خطرات در حال رشد و افزایش دفعات وقایع سیل، یک تغییر الگوی در مدیریت ریسک سیل در بسیاری از کشورها مانند اروپا مشاهده می شود. مدیریت سیل و کاهش خطرات ناشی از آن مستلزم اتخاذ دیدگاه‌های جامع است که مجموعه متنوعی از اقدامات مدیریت ریسک سیل شامل مشارکت فعال ذینفعان، ارتباطات و افزایش آگاهی را در نظر می‌گیرند. مطالعه حاضر در آبخیز نکارودرودرود در استان مازندران انجام گرفته است. استفاده از سامانه های جغرافیایی می تواند در حداقل زمان با استفاده از لایه‌های اطلاعاتی، مناطق حساس به سیل را با دقت بالایی شناسایی کند این آبخیز یکی از مهمترین آبخیزهای این استان می باشد و مطالعه آن از لحاظ خطرات سیلابی با توجه به بارندگی بالایی که دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف کلی این مطالعه اولویت بندی زیر حوضه‌ها با توجه به جاری شدن سیل بر اساس تجزیه و تحلیل مورفولوژی و نیز استفاده از نرم افزار GIS به عنوان ابزاری کارآمد و مقرون به صرفه است. در این مطالعه به بررسی مورفومتریک آبخیز پرداخته شد و زیر حوضه های سیلابی مورد شناسایی قرار گرفت. هدف از انجام این تحقیق، شناسایی مناطقی با پتانسیل سیل بالا در آبخیز نکارودرودرود استان مازندران جهت جلوگیری از خطرات ناشی از این بلای طبیعی و مانع از ایجاد خسارت به صورت مالی و جانی است.مواد و روش ها هفده پارامتر مورفومتریک به منظور توصیف آبخیز و اولویت بندی زیر حوزه های آبخیز نکارودرودرود با توجه به حساسیت به سیل ناگهانی تعیین شد. پارامترهای اساسی با استفاده از تکنیک های GIS مستقیماً از نقشه رقومی ارتفاع (DEM) اندازه گیری شدند و شامل مساحت حوضه، طول حوضه، محیط، تعداد جریان ها و طول جریان ها برای هر رتبه جریان است. در این تحقیق پارامترهای بسیار مهم مورفومتریک کمی انتخاب و برای این تجزیه و تحلیل استفاده شدند. این پارامترها با خطرات رواناب، اوج تخلیه و فرسایش خاک رابطه مستقیم یا معکوس دارند. این پارامترها را به سه بخش خطی، ناهمواری و سطحی تقسیم شدند. درنهایت با استفاده از این روش زیر حوضه ها اولویت بندی شدند. جهت ارزیابی مورفولوژی آبخیز یک DEM با وضوح 12.5 متر بارگیری شد. پارامترهای مورفولوژی به‌طور مستقیم یا معکوس با طغیان در ارتباط هستند. پس از رتبه بندی مورفولوژی، مقادیر مربوط به هر یک از زیر حوضه ها برای طبقه بندی و تعیین حساسیت آن ها به وقوع سیل ناگهانی جمع شد. مقادیر درجه پارامترهای مورفومتریک خلاصه‌شده از 0 برای کمترین مقدار رتبه و 1 برای بالاترین مقدار رتبه برای به دست آوردن شاخص حساسیت سیلاب در برابر هر زیر حوضه نرمال شد و مورد ارزیابی نهایی قرار کرفت. تغییرات واضحی در پارامترهای اساسی زیر حوضه‌های آبخیز مانند مساحت، محیط و طول حوضه مشاهده می‌شود. این پارامترهای حوضه، یک ویژگی هیدرولوژیکی بسیار قابل‌توجه هستند. مساحت آبخیز از 484.37 کیلومترمربع در زیر حوضه N1 تا 48.18 کیلومترمربع در زیر حوضه N8متغییر است. همچنین از محیط می‌توان به‌عنوان یک شاخص از شکل و اندازه زیر آبخیز استفاده کرد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده یک همبستگی بالا بین مساحت و محیط آبخیز وجود دارد.نتایج و بحث حوضه نکارودرودرود با استفاده از جعبه‌ابزار Hydrology از ArcGIS به 12 زیر حوضه تقسیم شد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده مشخص شد که زیر حوضه‌های N8 و N9 از اولویت بالایی برای سیل‌خیزی برخوردار هستند. نتایج نشان می‌دهد که این 2 زیر حوضه بسیار مستعد ازلحاظ سیل‌خیزی هستند. همچنین زیر حوضه‌های N11 و N12 از میزان خطر خیلی کمتری نسبت به سیل‌خیزی برخوردار هستند. تعداد کل جریان‌های 12 زیر حوضه برای آبخیز 366681 مورد است و اولین مرتبه %52 کل جریان‌های آبخیز را تشکیل می‌دهد. مقادیر هندسی برای 12 زیر حوضه آبخیز به‌صورت نمودار و یک خط مستقیم نشان داده می‌شود که مقادیر ورود به سیستم شماره جریان بر روی یک نمودار رسم شده است.نتیجه گیری ازآنجاکه سوابق آب و هوایی و هیدرولوژیکی تاریخی کافی برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی وجود ندارد، از تحلیل مورفومتریک برای ارزیابی حساسیت زیر آبخیز به سیل استفاده‌شده است. نتایج و تجزیه‌وتحلیل‌های به‌دست‌آمده در مطالعه حاضر دارای زمینه‌های متعددی برای کاربرد عملی و توسعه آینده است. تجزیه‌وتحلیل مورفومتری حوضه نکارودرودرود نشان داده است که آبخیز یک سیستم زهکشی که دارای 6مرتبه است که دارای حساسیت بسیار بالا به سیلاب است. با توجه به نتایج، زیر حوضه N8 و N9 از میزان خطر بالای سیل‌خیزی برخوردار هستند. در مقابل زیر حوضۀ N12 از میزان طغیان سیلاب خیلی کمتری برخوردار هستند. بررسی حوضه نشان داد که علت پایین بودن طغیان در زیر حوضۀ N12، شکل حوضه و میزان شیب می‌باشد که دارای شکل کشیده و منطقه ازلحاظ ناهمواری تقریباً مسطح است، که میزان خطر سیلاب را کاهش می‌دهد. این مطالعه نشان داد شد که حفاظت از منطقه در برابر سیل ناگهانی باید در اولویت اصلی مقامات ذیصلاح برای محافظت از جان انسان‌ها و مزارع کشاورزی و درنهایت جلوگیری از فاجعه‌ای سیل باشد. در این مطالعه ثابت شد که ادغام و تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی با GIS می‌تواند ابزاری قابل‌توجه برای درک ویژگی‌های زیر حوضه‌های آبخیز مربوط به مدیریت سیل فراهم کند.
Background and Objective Floods are one of the most catastrophic and dangerous natural hazards because they are sudden and unpredictable and lead to the destruction of infrastructure, and a threat to human life and property. Identifying areas with high flood potential is one of the most important tasks in flood control and reducing the damage caused by it. Floods are one of the most serious natural hazards that pose serious threats to residential areas and also pose financial and human risks. Floods rank first in terms of damage caused by earthquakes, volcanoes, and landslides. Cited. Floods can occur not only in the plains but also in mountainous environments. Flood analysis and its relationship to explanatory variables can help water managers identify the most effective variable in floods. Communities, countries, and pcontinents have suffered severe human losses and economic costs due to the increasing severity and frequency of these natural disasters). In the world due to the increase of these natural disasters, human death in the coming period is probably doubled. Floods are one of the most serious natural hazards that pose a serious threat to residential areas. Climate change and the steady increase in urbanization that occurs with increasing population, followed by an increase in man-made structures, ultimately reduce permeability and possibly further increase the risk of floods and the potential for socio-economic damage. Confirming the growing risks and increasing frequency of flood events, a paradigm shift in flood risk management is observed in many countries, such as Europe. Flood management and mitigation require comprehensive perspectives that take into account a diverse set of flood risk management measures, including active stakeholder engagement, communication, and awareness raising. The present study was conducted in the Neka Rud watershed in Mazandaran province. The use of geographical systems can identify flood-sensitive areas with high accuracy in the shortest time using information layers. This watershed is one of the most important watersheds in the province and its study is of great importance in terms of flood risks due to its high rainfall. Enjoys. The overall purpose of this study is to prioritize sub-basins concerning flooding based on morphological analysis and also to use GIS software as an efficient and cost-effective tool. In this study, the morphometric study of the watershed was investigated and flood sub-basins were identified. The purpose of this study is to identify areas with high flood potential in the Neka River watershed of Mazandaran province to prevent the risks of this natural disaster and prevent financial and human damage.Materials and Methods Seventeen Morphometric parameters were determined to describe the watershed and prioritize the sub-basins of the Neka watershed according to the sensitivity to sudden floods. The basic parameters were measured directly from the DEM using GIS techniques and include basin area, basin length, environment, number of streams, and flow lengths for each flow rating. In this study, very important morphometric parameters were quantitatively selected and used for this analysis. These parameters are directly or inversely related to runoff hazards, peak discharge, and soil erosion. These parameters were divided into three parts: linear, uneven, and surface. Finally, sub-basins were prioritized using this method. To assess the morphology of the watershed, a digital elevation map (DEM) with a resolution of 12.5 m was loaded. Morphological parameters are directly or inversely related to the outbreak. After morphological ranking, the values of each sub-basin were collected to classify and determine their susceptibility to flash floods. The values of the sum of morphometric parameters summarized from 0 for the lowest rank value and 1 for the highest rank value to obtain the flood sensitivity index for each sub-basin were normalized and finally evaluated. Clear changes are observed in the basic parameters of watersheds such as area, environment, and length of the basin. These basin parameters are a very remarkable hydrological feature. The watershed area varies from 484.37 square kilometers under the N1 basin to 48.18 km2 under the N8 basin. The environment can also be used as an indicator of the shape and size of the watershed. According to the obtained results, there is a high correlation between the area and the watershed environment.Results and Discussion The Neka Basin was divided into 12 sub-basins using the Hydrology Toolbox from ArcGIS. According to the obtained results, it was found that sub-basins N8 and N9 have a high priority for flooding. The results show that these two sub-basins are very prone to flooding. Also, sub-basins N11 and N12 have a much lower risk of flooding. The total number of 12 sub-basin flows for the watershed is 366681 and for the first time, it constitutes 52% of the total watershed flows. Geometric values for 12 watersheds are shown in the form of a graph and a straight line, where the log values of the flow number are plotted on a graph.Conclusion Because there are insufficient historical climatic and hydrological records for hydrological modeling, morphometric analysis has been used to assess sub-watershed susceptibility to flooding. The results and analysis obtained in the present study have several fields for practical application and future development. Morphometric analysis of the Neka basin has shown that the watershed is a six-stage drainage system that is very sensitive to flooding. According to the results, sub-basins N8 and N9 have a high risk of flooding. In contrast, the N12 sub-basin has a much lower rate of flooding. The study of the basin showed that the reason for the low flooding below the N12 basin is the shape of the basin and the amount of slope, which has an elongated shape and the area is almost flat in terms of unevenness, which reduces the risk of floods. This study showed that the protection of the region against sudden floods should be the main priority of the competent authorities to protect human lives and agricultural farms and ultimately prevent flood disasters. In this study, it was proved that integration and morphological analysis with GIS can provide a significant tool for understanding the characteristics of watershed sub-basins related to flood management.
Abuzied S, Yuan M, Ibrahim S, Kaiser M, Saleem T. 2016. Geospatial risk assessment of flash floods in Nuweiba area, Egypt. Journal of Arid Environments, 133: 54-72. doi:https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2016.06.004.
Akay H, Baduna Koçyiğit M. 2020. Flash flood potential prioritization of sub-basins in an ungauged basin in Turkey using traditional multi-criteria decision-making methods. Soft Computing, 24(18): 14251-14263. doi:10.1007/s00500-020-04792-0.
Alam A, Ahmed B, Sammonds P. 2021. Flash flood susceptibility assessment using the parameters of drainage basin morphometry in SE Bangladesh. Quaternary International, 575-576: 295-307. doi:https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.04.047.
Altın TB, Altın BN. 2011. Development and morphometry of drainage network in volcanic terrain, Central Anatolia, Turkey. Geomorphology, 125(4): 485-503. doi:https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.09.023.
Asfaw D, Workineh G. 2019. Quantitative analysis of morphometry on Ribb and Gumara watersheds: Implications for soil and water conservation. International Soil and Water Conservation Research, 7(2): 150-157. doi:https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2019.02.003.
Barman BK, Rao CUB, Rao KS, Patel A, Kushwaha K, Singh SK. 2021. Geomorphic Analysis, Morphometric-based Prioritization and Tectonic Implications in Chite Lui River, Northeast India. Journal of the Geological Society of India, 97(4): 385-395. doi:10.1007/s12594-021-1696-0.
Bhat MS, Alam A, Ahmad S, Farooq H, Ahmad B. 2019. Flood hazard assessment of upper Jhelum basin using morphometric parameters. Environmental Earth Sciences, 78(2): 54. doi:https://doi.org/10.1007/s12665-019-8046-1.
Borga M, Gaume E, Creutin JD, Marchi L. 2008. Surveying flash floods: gauging the ungauged extremes. Hydrological Processes, 22(18): 3883. doi:https://doi.org/10.1002/hyp.7111.
Bui DT, Hoang N-D, Martínez-Álvarez F, Ngo P-TT, Hoa PV, Pham TD, Samui P, Costache R. 2020. A novel deep learning neural network approach for predicting flash flood susceptibility: A case study at a high frequency tropical storm area. Science of The Total Environment, 701: 134413. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134413.
Charizopoulos N, Mourtzios P, Psilovikos T, Psilovikos A, Karamoutsou L. 2019. Morphometric analysis of the drainage network of Samos Island (northern Aegean Sea): Insights into tectonic control and flood hazards. Comptes Rendus Geoscience, 351(5): 375-383. doi:https://doi.org/10.1016/j.crte.2019.03.001.
Faniran A. 1968. The index of drainage intensity: a provisional new drainage factor. Australian Journal of Science, 31(9): 326-330. doi:https://doi.org/10.1007/s13201-017-0534-4.
Hajam RA, Hamid A, Bhat S. 2013. Application of morphometric analysis for geo-hydrological studies using geo-spatial technology–a case study of Vishav Drainage Basin. Hydrology Current Research, 4(3): 1-12. doi:https://doi.org/10.4172/2157-7587.1000157.
Hamdi SA, Ali SA, Ghareb JISA. 2019. Analysis of Basin Geometry in Ataq Region, Part of Shabwah Yemen: Using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques. Bulletin of Pure & Applied Sciences-Geology, 38-F (Geology)(1): 1-15. doi:https://doi.org/10.5958/23203234.2019.00001.5.
Horton RE. 1945. Erosional development of streams and their drainage basins; hydrophysical approach to quantitative morphology. Geological society of America bulletin, 56(3): 275-370. doi:https://doi.org/10.1177/030913339501900406.
Jodar-Abellan A, Valdes-Abellan J, Pla C, Gomariz-Castillo F. 2019. Impact of land use changes on flash flood prediction using a sub-daily SWAT model in five Mediterranean ungauged watersheds (SE Spain). Science of The Total Environment, 657: 1578-1591. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.034.
Magesh NS, Chandrasekar N, Soundranayagam JP. 2011. Morphometric evaluation of Papanasam and Manimuthar watersheds, parts of Western Ghats, Tirunelveli district, Tamil Nadu, India: a GIS approach. Environmental Earth Sciences, 64(2): 373-381. doi:https://doi.org/10.1007/s12665-010-0860-4.
Mansor P. 2020. Investigating the relationship between basin morphometric conditions and groundwater resources: Case study of Kamyaran Basin. Quantitative Geomorphological Research, 8(4): 18-33. doi:https://doi.org/10.22034/GMPJ.2020.106408.
Melton MA. 1958. Correlation structure of morphometric properties of drainage systems and their controlling agents. The Journal of Geology, 66(4): 442-460. doi:https://doi.org/10.1086/626527.
Miller VC. 1953. A quantitative geomorphic study of drainage basin characteristics on the Clinch Mountain area, Virgina and Tennessee. Columbia Univ New York, Proj. NR 389–402, Tech Rep 3. New York: Columbia University, Department of Geology, ONR. https://doi.org/10.1086/626413.
Patel DP, Dholakia MB, Naresh N, Srivastava PK. 2012. Water Harvesting Structure Positioning by Using Geo-Visualization Concept and Prioritization of Mini-Watersheds Through Morphometric Analysis in the Lower Tapi Basin. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 40(2): 299-312. doi:https://doi.org/10.1007/s12524-011-0147-6.
Ratna Reddy V, Saharawat YS, George B. 2017. Watershed management in South Asia: A synoptic review. Journal of Hydrology, 551: 4-13. doi:https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.05.043.
Ratnam KN, Srivastava YK, Venkateswara Rao V, Amminedu E, Murthy KSR. 2005. Check dam positioning by prioritization of micro-watersheds using SYI model and morphometric analysis-Remote sensing and GIS perspective. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 33(1): 25. doi:https://doi.org/10.1007/BF02989988.
Schumm SA. 1956. Evolution of drainage systems and slopes in badlands at Perth Amboy, New Jersey. Geological Society of America Bulletin, 67(5): 597-646. doi:https://doi.org/10.1130/0016-7606(1956)67[597.
Siahkamari S, Zeinivand H. 2017. Flood prone areas mapping by using statistical index and weights of evidence models (Case study: Madar Soo watershed, Golestan). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 7(4): 116-133. ( In Persion).
Strahler AN. 1952. Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological society of America bulletin, 63(11): 1117-1142. doi:https://doi.org/doi.org/10.1130/0016-7606(1952)631117.
Strahler AN. 1964. Quantitative geomorphology of drainage basin and channel networks. Handbook of Applied Hydrology In V Chow (Ed), Handbook of applied hydrology (pp 439– 476) New York: McGraw Hill https://doiorg/101130/0016-7606(1952)631117.
Taha MMN, Elbarbary SM, Naguib DM, El-Shamy IZ. 2017. Flash flood hazard zonation based on basin morphometry using remote sensing and GIS techniques: A case study of Wadi Qena basin, Eastern Desert, Egypt. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 8: 157-167. doi:https://doi.org/10.1016/j.rsase.2017.08.007.
Valizadeh Kamran K, Delire Hasannia R, Azari Amghani K. 2019. Flood zoning and its impact on land use in the surrounding area using unmanned aerial vehicles (UAV) images and GIS. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 10(3): 59-75. (In Persion).
_||_Abuzied S, Yuan M, Ibrahim S, Kaiser M, Saleem T. 2016. Geospatial risk assessment of flash floods in Nuweiba area, Egypt. Journal of Arid Environments, 133: 54-72. doi:https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2016.06.004.
Akay H, Baduna Koçyiğit M. 2020. Flash flood potential prioritization of sub-basins in an ungauged basin in Turkey using traditional multi-criteria decision-making methods. Soft Computing, 24(18): 14251-14263. doi:10.1007/s00500-020-04792-0.
Alam A, Ahmed B, Sammonds P. 2021. Flash flood susceptibility assessment using the parameters of drainage basin morphometry in SE Bangladesh. Quaternary International, 575-576: 295-307. doi:https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.04.047.
Altın TB, Altın BN. 2011. Development and morphometry of drainage network in volcanic terrain, Central Anatolia, Turkey. Geomorphology, 125(4): 485-503. doi:https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.09.023.
Asfaw D, Workineh G. 2019. Quantitative analysis of morphometry on Ribb and Gumara watersheds: Implications for soil and water conservation. International Soil and Water Conservation Research, 7(2): 150-157. doi:https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2019.02.003.
Barman BK, Rao CUB, Rao KS, Patel A, Kushwaha K, Singh SK. 2021. Geomorphic Analysis, Morphometric-based Prioritization and Tectonic Implications in Chite Lui River, Northeast India. Journal of the Geological Society of India, 97(4): 385-395. doi:10.1007/s12594-021-1696-0.
Bhat MS, Alam A, Ahmad S, Farooq H, Ahmad B. 2019. Flood hazard assessment of upper Jhelum basin using morphometric parameters. Environmental Earth Sciences, 78(2): 54. doi:https://doi.org/10.1007/s12665-019-8046-1.
Borga M, Gaume E, Creutin JD, Marchi L. 2008. Surveying flash floods: gauging the ungauged extremes. Hydrological Processes, 22(18): 3883. doi:https://doi.org/10.1002/hyp.7111.
Bui DT, Hoang N-D, Martínez-Álvarez F, Ngo P-TT, Hoa PV, Pham TD, Samui P, Costache R. 2020. A novel deep learning neural network approach for predicting flash flood susceptibility: A case study at a high frequency tropical storm area. Science of The Total Environment, 701: 134413. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134413.
Charizopoulos N, Mourtzios P, Psilovikos T, Psilovikos A, Karamoutsou L. 2019. Morphometric analysis of the drainage network of Samos Island (northern Aegean Sea): Insights into tectonic control and flood hazards. Comptes Rendus Geoscience, 351(5): 375-383. doi:https://doi.org/10.1016/j.crte.2019.03.001.
Faniran A. 1968. The index of drainage intensity: a provisional new drainage factor. Australian Journal of Science, 31(9): 326-330. doi:https://doi.org/10.1007/s13201-017-0534-4.
Hajam RA, Hamid A, Bhat S. 2013. Application of morphometric analysis for geo-hydrological studies using geo-spatial technology–a case study of Vishav Drainage Basin. Hydrology Current Research, 4(3): 1-12. doi:https://doi.org/10.4172/2157-7587.1000157.
Hamdi SA, Ali SA, Ghareb JISA. 2019. Analysis of Basin Geometry in Ataq Region, Part of Shabwah Yemen: Using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques. Bulletin of Pure & Applied Sciences-Geology, 38-F (Geology)(1): 1-15. doi:https://doi.org/10.5958/23203234.2019.00001.5.
Horton RE. 1945. Erosional development of streams and their drainage basins; hydrophysical approach to quantitative morphology. Geological society of America bulletin, 56(3): 275-370. doi:https://doi.org/10.1177/030913339501900406.
Jodar-Abellan A, Valdes-Abellan J, Pla C, Gomariz-Castillo F. 2019. Impact of land use changes on flash flood prediction using a sub-daily SWAT model in five Mediterranean ungauged watersheds (SE Spain). Science of The Total Environment, 657: 1578-1591. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.034.
Magesh NS, Chandrasekar N, Soundranayagam JP. 2011. Morphometric evaluation of Papanasam and Manimuthar watersheds, parts of Western Ghats, Tirunelveli district, Tamil Nadu, India: a GIS approach. Environmental Earth Sciences, 64(2): 373-381. doi:https://doi.org/10.1007/s12665-010-0860-4.
Mansor P. 2020. Investigating the relationship between basin morphometric conditions and groundwater resources: Case study of Kamyaran Basin. Quantitative Geomorphological Research, 8(4): 18-33. doi:https://doi.org/10.22034/GMPJ.2020.106408.
Melton MA. 1958. Correlation structure of morphometric properties of drainage systems and their controlling agents. The Journal of Geology, 66(4): 442-460. doi:https://doi.org/10.1086/626527.
Miller VC. 1953. A quantitative geomorphic study of drainage basin characteristics on the Clinch Mountain area, Virgina and Tennessee. Columbia Univ New York, Proj. NR 389–402, Tech Rep 3. New York: Columbia University, Department of Geology, ONR. https://doi.org/10.1086/626413.
Patel DP, Dholakia MB, Naresh N, Srivastava PK. 2012. Water Harvesting Structure Positioning by Using Geo-Visualization Concept and Prioritization of Mini-Watersheds Through Morphometric Analysis in the Lower Tapi Basin. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 40(2): 299-312. doi:https://doi.org/10.1007/s12524-011-0147-6.
Ratna Reddy V, Saharawat YS, George B. 2017. Watershed management in South Asia: A synoptic review. Journal of Hydrology, 551: 4-13. doi:https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.05.043.
Ratnam KN, Srivastava YK, Venkateswara Rao V, Amminedu E, Murthy KSR. 2005. Check dam positioning by prioritization of micro-watersheds using SYI model and morphometric analysis-Remote sensing and GIS perspective. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 33(1): 25. doi:https://doi.org/10.1007/BF02989988.
Schumm SA. 1956. Evolution of drainage systems and slopes in badlands at Perth Amboy, New Jersey. Geological Society of America Bulletin, 67(5): 597-646. doi:https://doi.org/10.1130/0016-7606(1956)67[597.
Siahkamari S, Zeinivand H. 2017. Flood prone areas mapping by using statistical index and weights of evidence models (Case study: Madar Soo watershed, Golestan). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 7(4): 116-133. ( In Persion).
Strahler AN. 1952. Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological society of America bulletin, 63(11): 1117-1142. doi:https://doi.org/doi.org/10.1130/0016-7606(1952)631117.
Strahler AN. 1964. Quantitative geomorphology of drainage basin and channel networks. Handbook of Applied Hydrology In V Chow (Ed), Handbook of applied hydrology (pp 439– 476) New York: McGraw Hill https://doiorg/101130/0016-7606(1952)631117.
Taha MMN, Elbarbary SM, Naguib DM, El-Shamy IZ. 2017. Flash flood hazard zonation based on basin morphometry using remote sensing and GIS techniques: A case study of Wadi Qena basin, Eastern Desert, Egypt. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 8: 157-167. doi:https://doi.org/10.1016/j.rsase.2017.08.007.
Valizadeh Kamran K, Delire Hasannia R, Azari Amghani K. 2019. Flood zoning and its impact on land use in the surrounding area using unmanned aerial vehicles (UAV) images and GIS. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 10(3): 59-75. (In Persion).
مقایسه و اولویت‌بندی سیل‌خیزی زیر حوضه‌های نکارود با استفاده از روش مورفومتریک در سامانه اطلاعات جغرافیایی
چکیده
خصوصیات و اولویت‌بندی حوضه‌های آبخیز برای برنامه‌ریزی و مدیریت صحیح منابع طبیعی در توسعه پایدار اهمیت پیداکرده است. اجرای شیوه‌های مدیریت در یک منطقه به‌طور هم‌زمان غیرقابل دسترسی و غیراقتصادی است. بنابراین، استفاده از یک تکنیک مناسب برای اولویت‌بندی حوضه‌های زیرزمینی حیاتی ضروری است. تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی و اولویت‌بندی زیر حوضه‌های آبخیز برای آبخیز نکارود، مازندران انجام شد. روش رتبه‌بندی کل برای اولویت‌بندی زیر حوضه‌های آبخیز ازنظر حساسیت به سیل ناگهانی استفاده شد. نتایج تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی نشان داد که منطقه موردمطالعه یک سیستم زهکشی مرتبه ششم با الگوی زهکشی دندریت و شکل کشیده است. نتایج اولویت‌بندی نشان داد که از بین 12 زیر حوضه، زیر حوضه‌های 8N و 9N، دارای حساسیت بسیار بالا نسبت به سیل هستند.همچنین میزان همبستگی بین پارامترهای مختلف نیز در این آبخیز موردبررسی قرار گرفت .نتایج به‌دست‌آمده از همبستگی‌ها نشان داد که، بین طول جریان و مساحت با مقدار 99/0 بیشترین میزان همبستگی و بین تعداد جریان و رتبه آبراهه با مقدار85/0 کمترین میزان همبستگی وجود دارد.. نتایج این مطالعه می‌تواند به‌عنوان راهنمایی برای مقامات ذیصلاح برای شروع اقدامات مقابله باسیل یا تغذیه مصنوعی آب زیرزمینی استفاده شود. در این مطالعه ثابت شد که ادغام و تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی با GIS می‌تواند ابزاری قابل‌توجه برای درک ویژگی‌های زیر حوضه‌های آبخیز مربوط به مدیریت سیل فراهم کند.
واژه‌های کلیدی: سیل، تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی ، اولویت‌بندی، آبخیز نکارود
مقدمه
سیلاب از فاجعه‌بارترین و خطرناک‌ترین خطرات طبیعی است، زیرا ناگهانی و غیرقابل‌پیش‌بینی است و منجر به تخریب زیرساخت‌ها، تهدیدی برای جان و مال انسان می‌شود (25). سیلاب ازنظر خسارت در مقایسه با خسارات ناشی از زمین‌لرزه، آتشفشان و رانش زمین، در رتبه اول قرار دارد (9). با توجه به‌پیش بینی که انجام‌شده است، سیل همراه با سایر خطرات، می‌تواند تا سال 2030 خسارت سالانه تا 415 میلیارد دلار در سطح جهانی ایجاد کند (29). شدت و مدت بارش، خصوصیات بارندگی، تبخیر و نفوذ آب، خصوصیات زهکشی، شرایط محیطی و فرآیندهای انسانی مهمترین عواملی هستند که برشدت سیلاب تأثیر می‌گذارند (15). تعیین مرزهای مناطق مستعد سیلاب برای نجات جان انسان و حفاظت اموال او ضروری است (7).
مدیریت آبخیزداری باهدف کنترل رواناب و استفاده از آن برای مصارف مفید، مبارزه با فرسایش و افزایش ذخیره آب زیرزمینی انجام می‌شود (22). تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی به‌منظور اولویت‌بندی و ارزیابی حساسیت حوزه‌های آبخیز به خطرات طبیعی مانند سیل‌های ناگهانی و فرسایش به‌طور گسترده‌ای مورداستفاده قرارگرفته است (1). پارامترهای مورفولوژی بیانگر رویکردهای نسبتاً ساده‌ای است که می‌تواند برای بررسی حوضه هیدرولوژیک و تاریخ زمین‌شناسی و ژئومورفیک آن مورداستفاده قرار گیرد (26). پارامترهای مورفولوژی شامل پارامترهای خطی، پارامترهای سطحی و پارامترهای ناهمواری است که می‌تواند در چندین تحقیق مانند ارزیابی و حفاظت از منابع طبیعی و ارزیابی خطرات زیست‌محیطی مورداستفاده قرار گیرد. این پارامترها به‌پیش بینی پاسخ حوزه در دوره‌های بارندگی شدید کمک می‌کنند (8). در سراسر جهان، از تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی با دقت بالا برای نقشه‌برداری حساسیت در برابر سیلاب استفاده می‌شود (3). اسفاو و کارنه (5) بیان کردند که تحلیل مورفومتریک نقش مهمی در درک خصوصیات ژئوهیدرولوژیکی یک حوضه زهکشی در رابطه با ویژگی زمین و الگوهای جریان آن دارد. همچنین به تخمین میزان نفوذ و رواناب و سایر خصوصیات هیدرولوژیکی مرتبط حوزه آبخیز مانند فرسایش و حمل‌و‌نقل رسوبات کمک می‌کند. با تجزیه‌وتحلیل موفومتریک تراکم زهکشی آبخیز موردمطالعه، نتایج نشان داد که منطقه بسیار نفوذپذیر است و درنتیجه ظرفیت ذخیره آب زیرزمینی بهتراست و کمتر در معرض فرسایش خاک قرار دارد. استچاریزوپولوس و همکاران (10) با انجام تحقیقاتی نشان دادند، پارامترهای مورفولوژی شامل پارامترهای خطی، پارامترهای سطحی و پارامترهای ناهمواری است که می‌تواند در چندین تحقیق مانند ارزیابی و حفاظت از منابع طبیعی و ارزیابی خطرات زیست‌محیطی مورداستفاده قرار گیرد. این پارامترها به‌پیش بینی پاسخ حوزه در دوره‌های بارندگی شدید کمک می‌کنند. آکای و کوچیگیت (2) تحقیقی در رابطه با اولویت‌بندی خطر احتمالی سیل در ترکیه با استفاده از روش‌های سنتی تصمیم‌گیری چندمعیاره پرداختند. درنتیجه 12 پارامتر مورفومتریک برای آبخیز تعیین کردند و آزمون‌های ضریب همبستگی کندال تاو و اسپیرمن و تجزیه‌وتحلیل ویژگی‌های عملکرد گیرنده برای تأیید نتایج روش‌های سنتی و روش‌های MCDM برای اولویت‌بندی خطر سیل زیر حوضه‌ها انجام دادند. نتایج نشان داد که نشان داد که از رویکردهای MCDM می‌توان برای ارائه مدیریت کارآمد حوضه‌ها در رابطه با حفاظت از منابع آب‌وخاک استفاده کرد.
بارمن و همکاران (6) با تحلیل ژئومورفولوژی، بر اساس مورفومتریک-اولویت‌بندی و تکتونیک مفاهیم در رودخانه لیو، بیان کردند که مورفومتری یک روش مفید در تجزیه‌وتحلیل آبخیز است که به تفسیر فرم‌های سرزمین کمک می‌کند. نتایج نشان داد که ارزیابی پارامترهای مورفومتریک و مورفوتکتونیک همراه با اولویت‌بندی فرسایش خاک و در دسترس بودن آب در آبخیز بسیاری از خطرات را کاهش می‌دهد. ولیزاده و همکاران (30) در تحقیقات خود نشان دادند که شناسایی مناطق سیل‌خیز یکی از مهمترین گام‌ها برای کنترل سیلاب و کاهش خطرات احتمالی است. راتنام و همکاران (23) با انجام مطالعات خود در منطقه میدناپور در کشور هندوستان نشان دادند که در دسترس بودن و دسترسی آزاد به نقشه‌های دیجیتال رقومی ارتفاع (DEM) باکیفیت بالا و استفاده از ابزارهای قدرتمند مانند GIS بسیاری از محققان را قادر به مطالعه آبخیزهای زهکشی و بررسی دقیق پارامترهای می‌کند. این توسعه منجر به امکان استفاده از تجزیه‌وتحلیل مورفومتری مبتنی بر ابزار GIS در چندین موضوع تحقیقاتی شد. یکی از آن‌ها اولویت‌بندی زیر آبخیزها ازنظر حساسیت به فرسایش و جاری شدن سیل است. مطالعه حاضر در آبخیز نکارودرود در استان مازندران انجام‌گرفته است. استفاده از سامانه‌های جغرافیایی می‌تواند در حداقل زمان با استفاده از لایه‌های اطلاعاتی، مناطق حساس به سیل را با دقت بالایی شناسایی کند این آبخیز یکی از مهمترین آبخیزهای این استان است و مطالعه آن ازلحاظ خطرات سیلابی با توجه به بارندگی بالایی که دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف کلی این مطالعه اولویت‌بندی زیر حوضه‌ها با توجه به جاری شدن سیل بر اساس تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی و نیز استفاده از نرم‌افزار GIS به‌عنوان ابزاری کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است. در این مطالعه به بررسی مورفومتریک آبخیز پرداخته شد و زیر حوضه‌های سیلابی مورد شناسایی قرار گرفت. بررسی مورفومتریک، به‌منظور شناخت مناطقی که دارای پتانسیل بالای سیل‌خیزی هستند حائز اهمیت است. با شناخت زمین‌های مستعد به سیل فعالیت‌های انسانی ازجمله ساخت راه، بخش‌های تأسیساتی و نیز در سایر بخش‌ها، اطلاعاتی را در اختیار کارفرمایان جهت تصمیم‌گیری درست با توجه به ویژگی منطقه قرار می‌دهد. در این تحقیق با استفاده سامانه اطلاعات جغرافیای، مناطق دارای خطر بالای سیل ازلحاظ مورفومتریک در آبخیز نکارودرود شناسایی شدند. بنابراین هدف از انجام این تحقیق، شناسایی مناطقی با پتانسیل سیل بالا و اولویت‌بندی در آبخیز نکارودرود استان مازندران جهت جلوگیری از خطرات ناشی از این بلای طبیعی و مانع از ایجاد خسارت به‌صورت مالی و جانی است. جهت شناسایی مکان‌های امن برای انجام هدف از انجام این تحقیق، شناسایی مناطقی با پتانسیل سیل بالا در آبخیز نکارودرود استان مازندران جهت جلوگیری از خطرات ناشی از این بلای طبیعی و مانع از ایجاد خسارت به‌صورت مالی و جانی است.
مواد و روش
منطقه موردمطالعه
منطقه موردمطالعه آبخیز رودخانه نکارودرود واقع در شرق استان مازندران است که در امتداد شمال به جنوب به سمت دریای خزر جریان دارد. این منطقه حدوداً بین 53 درجه و 17 دقیقه الی 54 درجه و 44 دقیقه طول شرقی و 36 درجه و 28 دقیقه الی 36 درجه و 42 دقیقه عرض شمالی واقع‌شده است. این آبخیز از شمال به آبخیز قره‌سو و آبخیز کوچک خلیج گرگان و از غرب به آبخیز رودخانه تجن و از شرق به آبخیز قره‌سو گرگان و از جنوب به آبخیز تجن و آبخیز استان سمنان منتهی می‌شود. کمینه و بیشینه ارتفاع منطقه از 90- تا 3806 متر تغییر می‌کند. متوسط بارش منطقه 600 میلی‌متر است. آبخیز نکارودرود ازلحاظ پوشش گیاهی شامل جنگل‌های انبوه و متراکم است. شیب منطقه از جنوب شرق به سمت شمال غرب است. قسمت شمال غرب منطقه جلگه ساحلی و نیز ازلحاظ توپوگرافی یک منطقه نسبتاً همواری دارد، در حالی سایر بخش‌های آبخیز توپوگرافی کوهستانی دارد. با توجه به نقشه‌های هيدرولوژيكي خاك آبخيز نکارودرود، غالب سـطح آبخیز در گروه هيدرولوژيكي C قرارگرفته است. سازند زمين‌شناسي حوضه غالباً از لایه‌نازک آهکي تشکیل‌شده است. به‌جز ايستگاه نوذرآباد که در برخي از ماه‌هاي آن، جريان صفر است (به علت استفاده از آب براي مصارف کشاورزي)، شبکه رودخانه در بقيه ايستگاه‌ها داراي شرايط دائمی است. شکل (1) منطقه موردمطالعه را نشان می‌دهد.
شکل 1- موقعیت منطقه موردمطالعه در استان مازندران و کشور ایران
Fig 1. Location of the study area in Mazandaran province and Iran
شکل (2) خلاصه‌ای از روش‌های اتخاذشده در این کار تحقیقاتی را نشان می‌دهد. 17 پارامتر مورفومتریک به‌منظور توصیف آبخیز و اولویت‌بندی زیر حوزه‌های آبخیز نکارود با توجه به حساسیت به سیل ناگهانی تعیین شد (جدول 1). پارامترهای اساسی با استفاده از تکنیک‌های GIS مستقیماً از DEM اندازه‌گیری شدند و شامل مساحت حوضه، طول حوضه، محیط، تعداد جریان‌ها و طول جریان‌ها برای هر رتبه جریان است. جهت ارزیابی مورفولوژی آبخیز یک نقشه ارتفاع رقومی (DEM) با وضوح 12.5 متر بارگیری شد.
شکل 2- فلوچارت مطالعه مورفومتریک آبخیز نکارود
Fig 2. Flowchart of morphometric study of Neka watershed
در این تحقیق پارامترهای بسیار مهم مورفومتریک کمی انتخاب و برای این تجزیه‌وتحلیل استفاده شدند. این پارامترها با خطرات رواناب، اوج تخلیه و فرسایش خاک رابطه مستقیم یا معکوس دارند. این پارامترها را به سه بخش خطی، ناهمواری و سطحی تقسیم شدند. درنهایت با استفاده از روش زیر حوضه‌ها اولویت‌بندی شدند.
1 -پارامترهای خطی
این پارامترها تحت تأثیر چگونگي اتصال آبراهه‌ها و شرایط توپوگرافي-زمین‌شناسي حوضه قرار دارند (12). اولین گام در مطالعه حوضه‌هاي زهکشي طبقه‌بندي آبراهه‌ها است (10). در این پژوهش از روش طبقه‌بندي استرالر استفاده‌شده است و زهکش اصلي حوضه داراي رتبه 6 است. به شمارش آبراهه‌ها با یک نظم مشخص، تعداد آبراهه مشخص می‌گردد (14).
2- پارامترهاي مورفومتري سطحي
این پارامترها با فرسایش نسبت عکس داشته و برعکس پارامترهاي خطي به بیشترین مقدار بیشترین رتبه و به کمترین مقدار کمترین رتبه تعلق مي‌گیرد. مهمترین این پارامترها مساحت و محیط حوضه بوده، به‌طوری‌که مساحت حوضه به‌طور مستقیم بر اندازه هیدروگراف سیل، مقادیر پیک و میانگین رواناب تأثیر می‌گذارد (12).
3-پارامترهاي مورفومتري ناهمواري
شرایط ناهمواري حوضه‌هاي آبخیز به‌طور قابل‌توجهی با ویژگي‌هاي سه‌بعدی وسعت، ارتفاع و حجم لند فرم‌ها در ارتباط بوده و در تحلیل‌هاي ژئوهیدرولوژیکي به کار گرفته مي‌شوند. ناهمواري حوضه یکي از عوامل مهم در درک فرایندهاي ژئومورفیک و ویژگي‌هاي لندفرم است (12) و به‌عنوان یک پارامتر هیدرولوژیکي شناخته می‌شود (4).
جدول 1- پارامترهای تجزیه‌وتحلیل آبخیز نکارود
Table 1. Parameters of Neka watershed analysis
منابع | واحد | فرمول و روش‌ها | پارامترهای مورفومتریک | |||
- |
| GIS تجزیه‌وتحلیل نرم‌افزار | مساحت | |||
- | km | GIS تجزیه‌وتحلیل نرم‌افزار | محیط | |||
- | m | GIS تجزیه‌وتحلیل نرم‌افزار | بیشترین ارتفاع | |||
- | m | GIS تجزیه‌وتحلیل نرم‌افزار | کمترین ارتفاع | |||
Nookaratnam et al. (2005)(20) | m | lb=1.312 x A0.568 | طول | |||
Strahler (1964)(27) | بدون واحد | سلسله مراتبی | ترتیب جریان | |||
Horton (1945)(14) | بدون واحد | Nu=Nuu+Nu2+...+Nun | شماره جریان | |||
Horton (1945)(14) | km | Lu=Lui+Lu2+...+Lun | طول آبراهه | |||
- | - | - | انواع پارامترها | |||
- | - | - | پارامترهای خطی | |||
- | km | میانگین طول جریان همه رتبه‌ها | میانگین طول جریان | |||
Schumm (1956)(24) | بدون واحد | Rb=N/Nu+1 | نسبت انشعاب | |||
Horton (1945)(14) | بدون واحد | Ri=Lu/Lu-1 | نسبت طول جریان | |||
Schumm (1956)(24) | بدون واحد | میانگین طول جریان همه رتبه‌ها | میانگین نسبت انشعاب | |||
Schumm (1956)(24) | بدون واحد | میانگین طول جریان همه رتبه‌ها | نسبت طول جریان متوسط | |||
Schumm (1956)(24) |
| Fs=Nu/A | فرکانس جریان | |||
Schumm (1956)(24) |
| D= 𝐿𝑢 /A | تراکم زهکشی | |||
Schumm (1956)(24) |
| Dt=Nu/P | بافت زهکشی | |||
Schumm (1956)(24) | km | Lo=1/(2Dd) | طول جریان زمینی | |||
Faniran (1968)(11) |
| Di=Fs/Dd | شدت زهکشی | |||
Horton (1945)(14) | بدون واحد | Rlm/Rb | RHO ضریب | |||
Faniran (1968)(11) |
| If=Fs × Dd | شماره نفوذ | |||
- | - | - | پارامترهای ناهمواری | |||
Schumm (1956)(24) | بدون واحد | Rh=Bh/Lb | ناهمواری حوضه | |||
Melton (1957)(18) | بدون واحد | Rhp=H × 100/P | ضریب ناهمواری | |||
Melton (1957)(18) | بدون واحد | DI = H / Ra | شاخص شدت فرسایشی | |||
- | - | - | پارامترهای سطحی | |||
Miller (1953)(19) | بدون واحد | Rc=4πA/P2 ; π=3.14 | نسبت دایره‌ای | |||
Schumm (1956)(24) | بدون واحد | Re=(2/Lb) × (A/π) 0.5 | نسبت طول | |||
Horton (1945)(14) | بدون واحد | Ff=A/Lb 2 | ضریب شکل حوضه | |||
Horton (1945)(14) | بدون واحد | Cc=P/2(πA) 0.5 | ضریب فشردگی | |||
زیر حوضه‌ها |
| |||||
N6 | N5 | N4 | N3 | N2 | N1 | پارامترها |
275/067 | 94/5145 | 157/801 | 140/088 | 158/132 | 484/3736 | مساحت |
99/6309 | 55/2756 | 70/3073 | 69/2970 | 78/3628 | 147/535 | محیط |
1942 | 2503 | 2393 | 2616 | 3575 | 3821 | بیشترین ارتفاع |
661 | 1051 | 1051 | 1406 | 1507 | 1506 | کمترین ارتفاع |
1450 | 1750 | 1800 | 2050 | 2550 | 2700 | میانگین ارتفاع |
647/113 | 235/812 | 418/536 | 345/778 | 371/764 | 1153/917 | طول |
45341 | 16373 | 28928 | 24088 | 25875 | 80114 | شماره جریان |
31/88 | 17/38 | 23/25 | 21/73 | 23/28 | 43/97 | طول جریان (کیلومتر) |
0/085 | 0/084 | 0/087 | 0/101 | 0/086 | 0/071 | میانگین طول جریان |
0/098 | 0/080 | 0/125 | 0/264 | 0/110 | 0/097 | نسبت انشعابات |
0/167 | 0/220 | 0/166 | 2/016 | 0/279 | 0/269 | نسبت طول جریان |
0/092 | 0/034 | 0/060 | 0/049 | 0/053 | 0/165 | میانگین نسبت انشعابات |
0/085 | 0/084 | 0/087 | 0/101 | 0/086 | 0/071 | نسبت طول جریان متوسط |
2/353 | 2/495 | 2/652 | 2/468 | 2/351 | 2/382 | تراکم زهکشی |
1/648 | 1/732 | 1/833 | 1/719 | 1/636 | 1/678 | فرکانس جریان |
4/551 | 2/962 | 4/115 | 3/476 | 3/302 | 5/508 | بافت زهکشی |
0/213 | 0/200 | 0/189 | 0/203 | 0/213 | 0/210 | طول جریان |
0/701 | 0/694 | 0/691 | 0/697 | 0/696 | 0/704 | شدت زهکشی |
0/408 | 0/504 | 0/318 | 0/228 | 0/457 | 0/411 | ضریب RHO |
3/878 | 4/322 | 4/862 | 4/244 | 3/847 | 3/997 | شماره نفوذ |
0/092 | 0/137 | 0/098 | 0/086 | 0/102 | 0/058 | ناهمواری حوضه |
0/402 | 0/836 | 0/577 | 0/557 | 0/888 | 0/527 | ضریب ناهمواری |
0/883 | 0/830 | 0/746 | 0/590 | 0/811 | 0/857 | شاخص شدت فرسایشی |
0/348 | 0/389 | 0/401 | 0/366 | 0/323 | 0/279 | نسبت دایره‌ای |
0/587 | 0/631 | 0/610 | 0/615 | 0/610 | 0/565 | نسبت طول |
0/271 | 0/313 | 0/292 | 0/297 | 0/292 | 0/251 | ضریب شکل |
1/695 | 1/604 | 1/579 | 1/652 | 1/758 | 1/892 | ضریب فشردگی |
زیر حوضه‌ها |
| |||||
N12 | N11 | N10 | N9 | N8 | N7 |
|
265/405 | 253/760 | 89/7643 | 83/4473 | 45/1870 | 123/3459 |
|
115/818 | 85/5655 | 67/88565 | 42/2672 | 40/2257 | 61/08004 |
|
ادامه جدول 2- نتایج تجزیه‌وتحلیل زیر حوضه‌های آبخیز نکارود | ||||||
186 | 870 | 1279 | 1260 | 1272 | 2206 |
|
31 | 62 | 63 | 418 | 409 | 661 |
|
150 | 650 | 450 | 800 | 800 | 1300 |
|
720/775 | 625/3697 | 193/429 | 192/952 | 91/8020 | 285/5536 |
|
49858 | 43309 | 13430 | 13393 | 6385 | 19587 |
|
31/24 | 30/45 | 16/88 | 16/19 | 11/43 | 20/22 |
|
0/087 | 0/085 | 0/083 | 0/078 | 0/075 | 0/086 |
|
0/086 | 0/083 | 0/042 | 0/082 | 0/030 | 0/074 |
|
0/191 | 0/227 | 0/095 | 0/222 | 0/136 | 0/257 |
|
0/103 | 0/089 | 0/028 | 0/028 | 0/013 | 0/041 |
|
0/087 | 0/085 | 0/083 | 0/078 | 0/075 | 0/086 |
|
2/716 | 2/464 | 2/155 | 2/312 | 2/032 | 2/315 |
|
1/879 | 1/707 | 1/496 | 1/605 | 1/413 | 1/588 |
|
4/305 | 5/061 | 1/978 | 3/169 | 1/587 | 3/207 |
|
0/184 | 0/203 | 0/232 | 0/216 | 0/246 | 0/216 |
|
0/692 | 0/693 | 0/694 | 0/694 | 0/696 | 0/686 |
|
0/465 | 0/489 | 0/480 | 0/489 | 0/658 | 0/544 |
|
5/102 | 4/206 | 3/224 | 3/711 | 2/871 | 3/676 |
|
0/192 | 0/461 | 1/203 | 0/186 | 0/272 | 0/165 |
|
0/050 | 0/265 | 0/721 | 0/520 | 0/755 | 0/764 |
|
1/033 | 1/243 | 2/702 | 1/053 | 1/079 | 1/188 |
|
0/249 | 0/435 | 0/245 | 0/587 | 0/351 | 0/415 |
|
0/589 | 0/590 | 0/634 | 0/637 | 0/664 | 0/620 |
|
0/272 | 0/274 | 0/315 | 0/318 | 0/346 | 0/302 |
|
2/006 | 1/516 | 2/022 | 1/306 | 1/689 | 1/552 |
|
شکل 4- الگوی زهکشی و ترتیب جریان آبخیز نکارود
Fig 4. Drainage pattern and sequence of Neka watershed
خصوصیات حوزه‌های آبخیز نحوه رفتار این حوزه‌های آبخیز را تعیین می‌کند؛ بنابراین، زیر حوضه‌های حیاتی باید به‌منظور مدیریت و برنامه‌ریزی مناسب و متمرکز مشخص شوند. پارامترهای مورفومتریک موردبحث در بالا به‌منظور اولویت‌بندی زیر حوضه‌های آبخیز با توجه به حساسیت آن برای سیلاب استفاده شد. با توجه به جدول (2) و مقدار پارامترهای استخراج‌شده و نهایت جهت ساده‌سازی کار و همچنین رابطه پارامترها با رواناب مقادیر بین 1 تا 12 با توجه به تعداد زیر حوضه‌ها در نظر گرفته‌شده است. پارامترهای خطی و ناهمواری رابطه مستقیمی با رواناب دارد. به‌عبارت‌دیگر، هرچه مقادیر این پارامترها بیشتر باشد، فرصت وقوع سیل بیشتر خواهد بود و به زیر حوضه‌هایی که بیشترین مقدار رادارند، بالاترین رتبه یعنی 1 و به کمترین مقدار عدد 12 داده شد. برعکس پارامترهای سطحی رابطه معکوس با رواناب دارند. این بدان معنی است که مقادیر پایین این پارامترها، فرصت وقوع سیل بالاتر است. بر این اساس، کمترین مقدار این پارامترها بالاترین رتبه یعنی 12 و به کمترین مقدار عدد 1 را داشتند. رتبه کل برای هر زیر آبخیز بر اساس پارامترهای مورفومتریک محاسبه‌شده تعیین شد، سپس نرمال‌سازی و طبقه‌بندی می‌شود. درنهایت کمترین مقدار بعد از نرمال‌سازی بیشترین حساسیت به سیل را دارد. جدول (3) نتایج حاصل رتبه‌بندی را نشان می‌دهد.
جدول 3- نتایج رتبه‌بندی آبخیز نکارود
Table 3. Results of Neka watershed ranking
زیر حوضه‌ها |
| |||||
N6 | N5 | N4 | N3 | N2 | N1 | پارامترها |
6 | 5 | 10 | 12 | 9 | 1 | میانگین طول جریان |
9 | 4 | 11 | 12 | 10 | 8 | نسبت انشعابات |
4 | 6 | 3 | 12 | 11 | 10 | نسبت طول جریان |
10 | 4 | 8 | 6 | 7 | 12 | میانگین نسبت انشعابات |
6 | 5 | 10 | 12 | 9 | 1 | نسبت طول جریان متوسط |
6 | 10 | 11 | 9 | 5 | 7 | تراکم زهکشی |
6 | 10 | 11 | 9 | 5 | 7 | فرکانس جریان |
10 | 3 | 8 | 7 | 6 | 12 | بافت زهکشی |
7 | 3 | 2 | 4 | 8 | 6 | طول جریان |
11 | 7 | 2 | 10 | 9 | 12 | شدت زهکشی |
3 | 10 | 2 | 1 | 5 | 4 | ضریب RHO |
6 | 10 | 11 | 9 | 5 | 7 | شماره نفوذ |
3 | 6 | 4 | 3 | 5 | 1 | ناهمواری حوضه |
3 | 11 | 7 | 6 | 12 | 5 | ضریب ناهمواری |
6 | 4 | 2 | 1 | 3 | 5 | شدت فرسایش |
8 | 5 | 4 | 6 | 9 | 10 | نسبت دایره‌ای |
11 | 4 | 7 | 6 | 8 | 12 | نسبت طول |
11 | 4 | 7 | 3 | 8 | 12 | ضریب شکل |
5 | 8 | 9 | 7 | 4 | 3 | ضریب فشردگی |
0/82 | 0/74 | 0/81 | 0/84 | 0/86 | 0/84 | نرمال‌سازی |
زیر حوضه‌ها |
| |||||
N12 | N11 | N10 | N9 | N8 | N7 |
|
11 | 7 | 4 | 3 | 2 | 8 |
|
7 | 6 | 2 | 5 | 1 | 3 |
|
5 | 8 | 1 | 7 | 2 | 9 |
|
11 | 9 | 3 | 2 | 1 | 5 |
|
11 | 7 | 4 | 3 | 2 | 8 |
|
12 | 8 | 2 | 3 | 1 | 4 |
|
12 | 8 | 2 | 4 | 1 | 3 |
|
9 | 11 | 2 | 4 | 1 | 5 |
|
1 | 5 | 11 | 10 | 12 | 9 |
|
ادامه جدول 3 - نتایج رتبه‌بندی آبخیز نکارود | ||||||
3 | 4 | 6 | 5 | 8 | 1 |
|
6 | 8 | 7 | 9 | 12 | 11 |
|
12 | 8 | 2 | 4 | 1 | 3 |
|
9 | 11 | 12 | 8 | 10 | 7 |
|
1 | 2 | 8 | 4 | 9 | 10 |
|
7 | 11 | 12 | 8 | 9 | 10 |
|
11 | 2 | 12 | 1 | 7 | 3 |
|
10 | 9 | 3 | 2 | 1 | 5 |
|
10 | 9 | 3 | 2 | 1 | 5 |
|
2 | 11 | 1 | 12 | 6 | 10 |
|
0/94 | 0/90 | 0/61 | 0/60 | 0/54 | 0/74 |
|
ارتباط بین پارامترها
تغییرات واضحی در پارامترهای اساسی زیر حوضه‌های آبخیز مانند مساحت، محیط و طول حوضه مشاهده می‌شود. این پارامترهای حوضه، یک ویژگی هیدرولوژیکی بسیار قابل‌توجه هستند. مساحت آبخیز از 37/484 کیلومترمربع در زیر حوضه N1 تا 18/48 کیلومترمربع در زیر حوضه N8متغیر است. همچنین از محیط می‌توان به‌عنوان یک شاخص از شکل و اندازه زیر آبخیز استفاده کرد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده یک همبستگی بالا بین مساحت و محیط آبخیز وجود دارد. شکل (5) نشان‌دهنده همبستگی بین مساحت و محیط آبخیز را نشان می‌دهد.
شکل 5- میزان همبستگی بین مساحت و محیط
Fig 5. The degree of correlation between area and environment
طول حوضه شاخصی از مشخصه رواناب سطحی است (28). طول حوضه برای 12 زیر حوضه در محدوده 96/43 کیلومتر برای N1 و 42/11 کیلومتر برای N8 است. N8 کوتاه‌ترین جریان را نشان می‌دهد (بالاترین رواناب)، درحالی‌که N1 نشان‌دهنده طولانی‌ترین جریان است. رابطه بین طول حوضه و طول جریان در شکل (6) نشان داده‌شده است. با توجه نتایج یک همبستگی بالا بین طول جریان و طول حوضه وجود دارد.
شکل 6- میزان همبستگی بین طول حوضه و طول جریان
Fig 6. Correlation between basin length and flow length
حوضه‌های آبخیز با تعداد جریان بالا در مقایسه با حوضه‌های آبخیز دارای تعداد جریان کم دارای رواناب زیاد و جریان اوج سریع هستند (4). تعداد کل جریان‌های 12 زیر حوضه برای آبخیز 366681 مورد است و اولین مرتبه 52% کل جریان‌های آبخیز را تشکیل می‌دهد. جزئیات ویژگی‌های جریان توسط قانون اول هورتون (1945) تأیید می‌شود، که بیان می‌کند تعداد جریان‌های مختلف از یک نظم خاص در یک آبخیز، نسبت به یک هندسی، مشخص می‌شود. این مقادیر هندسی برای 12 زیر حوضه آبخیز به‌صورت نمودار و یک خط مستقیم نشان داده می‌شود که مقادیر ورود به سیستم شماره جریان بر روی یک نمودار رسم شده است. شکل (7) ارتباط بین شماره جریان و تعداد آبراهه‌ها با رتبه‌های متفاوت را نشان می‌دهد. طبق این شکل بین تعداد آبراهه و رتبه آن‌ها میزان 85/0 همبستگی وجود دارد.
شکل 7- میزان همبستگی بین رتبه آبراهه و تعداد جریان
Fig 7. The degree of correlation between the rank of the waterway and the number of streams
جریان‌های طولانی‌تر نشان‌دهنده نفوذ کمتر و توانایی تولید رواناب بالاتر در یک حوزه آبخیز است (24). طول کل جریان شبکه 5282 کیلومتر است. علاوه بر این، یک ارتباط قوی بین طول جریان و سطح حوضه پیدا شد. در مقادیر نسبت طول جریان تفاوت قابل‌توجهی بین جریان‌های مختلف وجود دارد؛ بنابراین بین طول جریان و مساحت حوضه نیز ارتباط قوی وجود دارد (16). شکل (8) میزان همبستگی بین طول جریان و مساحت آبخیز را نشان می‌دهد.
شکل 8 - میزان همبستگی بین مساحت و طول جریان
Fig 8. Correlation between flow area and length
با توجه به جدول (4)، نتایج به‌دست‌آمده از همبستگی‌ها نشان داد که، بین طول جریان و مساحت بیشترین میزان همبستگی و بین تعداد جریان و رتبه آبراهه کمترین میزان همبستگی وجود دارد.
جدول 4-میزان همبستگی بین پارامترها
Table 4- The degree of correlation between the parameters
میزان همبستگی | پارامترها |
92/0 | محیط و مساحت |
98/0 | طول جریان و طول حوضه |
85/0 | تعداد جریان و رتبه آبراهه |
99/0 | طول جریان و مساحت |
با توجه به نتایج به‌دست‌آمده مشخص شد که زیر حوضه‌های N8 و N9 از اولویت بالایی برای سیل‌خیزی برخوردار هستند. نتایج نشان می‌دهد که این 2 زیر حوضه بسیار مستعد ازلحاظ سیل‌خیزی هستند. همچنین زیر حوضه‌های N11 و N12 از میزان خطر خیلی کمتری نسبت به سیل‌خیزی برخوردار هستند. شکل (9) نقشه زیر حوضه‌ها را ازلحاظ میزان پتانسیل سیل‌خیزی نشان می‌دهد.
شکل 9- نقشه پتانسیل زیر حوضه‌ها نسبت به خطر سیل‌خیزی
Fig 9. Potential map of sub-basins in relation to flood risk
نتیجهگیری
براي تهيه آسيب‌پذيري و خطر آبخیز موردمطالعه، پارامترها مشخص و مورداستفاده قرارگرفته است. با توجه به این‌که سوابق آب و هوایی و هیدرولوژیکی تاریخی کافی برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی وجود ندارد، از تحلیل مورفومتریک برای ارزیابی حساسیت زیر آبخیز به سیل استفاده‌شده است. تجزیه‌وتحلیل مورفومتریک حوضه‌ها می‌توان دو نوع اصلی از مطالعات کاربردی را به دست آورد: اول، مکان‌یابی زیر حوضه‌های دارای خطر طغیان شدید، بنابراین مقامات مسئول باتدبیر پیشگیری اقدامات مناسب برای کاهش این خطرات را انجام می‌دهند. برنامه‌های حفاظت با توجه به متغیرهای کنترل‌کننده خطر طغیان سیل و توزیع فضایی آن‌ها، خطر احتمالی را می‌توان در حوضه‌های دیگر با پیکربندی هیدروگرافی مشابه پیش‌بینی کرد، زیرا روش پیشنهادی اطلاعات سریع و مفیدی را برای حساسیت سیل و درنهایت ارزیابی آسیب‌پذیری فراهم می‌کند. اگرچه این روش شاید یکی از نقاط قوت اصلی این تحقیق باشد و بتوان آن را به سایر مناطق موردمطالعه نیز تسری داد.
دوم، تعیین مناطق اولویت‌دار برای برنامه‌های آینده مدیریت ریسک، که مقامات محلی باید از وقوع سیل احتمالی در منطقه آگاه باشند. با توجه به تغییرات کاربری اراضی، در آینده برای معکوس کردن وضعیت خطرناک شدن سیل تأکید ویژه‌ای بر این بخش خواهد شد. علاوه بر این، باید توجه ویژه‌ای به افراد ساکن در خروجی حوضه برنامه‌های خاص داده شود تا درک خطر ابتلا به سیل در آن‌ها را تنظیم کند. این اقدامات باید شامل جلساتی برای نشان دادن نقشه خطر سیل حوضه و شواهد (به‌عنوان‌مثال، عکس‌ها و گزارش‌ها) از نتایج حوادث سیل گذشته در حوضه‌ها باشد. تجزیه‌وتحلیل مورفومتری حوضه نکارود نشان داده است که آبخیز یک سیستم زهکشی که دارای 6 مرتبه است که دارای حساسیت بسیار بالا به سیلاب است. با توجه به جدول 2 ،با در نظر گرفتن عوامل مؤثر در وقوع سیل از قبیل طـول آبراهـه اصـلی، نسبت انشعاب، تراکم زهکشی و سایر عوامل مؤثر می‌توان اظهار نمود که زیر حوضه 8N و 9N که نزدیـک به غرب و جنوب آبخیز می‌باشند و دارای پتانسیل سیل‌خیزی بالا ازنقطه‌نظر فیزیوگرافی می‌باشند که در اولویت‌های اول و دوم ازلحاظ سیل‌خیزی تعیین‌شده‌اند و علت آن را می‌توان در شکل حوضه که نزدیک به شکل دایره است که این عامل باعث افزایش میزان طغیان سیل در این دو زیر حوضه می‌شود. با بررسی هر 3 پارامتر در این دو زیر حوضه نشان داد که بالا بودن مقدار 2 پارامتر خطی و ناهمواری بالا و پایین بودن پارامتر سطحی از علل طغیان سیل در این دو زیر حوضه است. در مقابل زیر حوضه‌ی 12N از میزان طغیان سیلاب خیلی کمتری برخوردار هستند. بررسی حوضه نشان داد که علت پایین بودن طغیان در زیر حوضه 12N، شکل حوضه و میزان شیب است که دارای شکل کشیده و منطقه ازلحاظ ناهمواری تقریباً مسطح است، که میزان خطر سیلاب را کاهش می‌دهد. این مطالعه نشان داد شد که حفاظت از منطقه در برابر سیل ناگهانی باید در اولویت اصلی مقامات ذیصلاح برای محافظت از جان انسان‌ها و مزارع کشاورزی و درنهایت جلوگیری از فاجعه‌ای سیل باشد. با توجه به تحقیقات پروین (17) و نیز حمدی و همکاران (13) در رابطه با بررسی میزان سیلاب و اولویت‌بندی زیر حوضه‌ها با استفاده از روش مورفومتریک، به این نتیجه رسیدند که استفاده از این روش جهت مقایسه و طبقه‌بندی آبخیز جهت جلوگیری از مخاطرات سیل و جلوگیری از هرگونه آسیب‌های مالی و جانی یک روش با دقت مناسبی درزمینه اولویت‌بندی زیر حوضه‌های آبخیز است. مطالعات یافته‌های حاصل از این مطالعه نشان داد که نقشه‌های حساسیت به سیل می‌توانند به برنامه ریزان و تصمیم گیران برای مقابله با مناطق حساس و بسیار زیاد در برابر سیلاب با استفاده از اقدامات کاهش‌دهنده یا پیشگیرانه سیل ناگهانی، کمک کنند. درنهایت می‌توان گفت میزان مشارکت هیدرولوژیک زیر حوضه‌ها در سیل خروجی کل آبخیز و اولویت‌بندی ازنظر پتانسیل سیل‌خیزی از اهمیت خاصی برخوردار است. دست‌یابی به این هدف می‌تواند الگوی روشن و مبنای محکمی برای اولویت‌بندی مکانی-زمانی پروژه‌های کنترل سیل و تعین تأثیر کمی آن‌ها بر رژیم سیل‌خیزی آبخیز باشد. همچنین از نتایج حاصل از این تحقیق می‌توان در برنامه‌ریزی عملیات کنترل سیلاب نوع سازه‌های کوچک و یا تقویت و مدیریت پوشش گیاهی در منطقه اولویت زیر حوضه‌ها را مدنظر قرارداد. در این مطالعه ثابت شد که ادغام و تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی با GIS می‌تواند ابزاری قابل‌توجه برای درک ویژگی‌های زیر حوضه‌های آبخیز مربوط به مدیریت سیل فراهم کند.
اين مقاله حاصل بخشي از پاياننامه با عنوان بررسی مقایسه‌ای تأثیر شکل هندسی آبخیز نکارودرود بر سیلاب با استفاده از الگوریتم‌های مختلف در مقطع كارشناسي ارشد در سال 1400و کد GIRS-2107-1933 است كه با حمايت دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجراشده است.
منابع
[1] Abuzied, S., Yuan, M., Ibrahim, S., Kaiser, M., & Saleem, T. 2016. Geospatial risk assessment of flash floods in Nuweiba area, Egypt. Journal of Arid Environments, 133, 54– 72.doi : 10.1016/j.jaridenv.2016.06.004
[2] Akay, H., and Koçyigit, M. 2020. Flash flood potential prioritization of sub-basins in an ungauged basin in Turkey using traditional multi-criteria decision-making methods. Soft Computing.24. 14251–14263
[3] Alam, A., Ahmed, B., & Sammonds, P. 2021. Flash flood susceptibility assessment using the parameters of drainage basin morphometry in SE Bangladesh. Quaternary International doi:10.1016/j.quaint.2020.04.047.
[4] Altın, T. B., Altın, B. N. 2011. Development and morphometry of drainage network in volcanic terrain, Central Anatolia, Turkey. Geomorphology, 125(4), 485-503. doi:10.1016/j.geomorph.2010.09.023.
[5] Asfaw, D., Workineh,G.2019. Quantitative analysis of morphometry on Ribb and Gumara watersheds: Implications for soil and water conservation. International Soil and Water Conservation Research. 7 2, 150-157.
[6] Barman ,B.K., Rao, C. Rao K.,S. Patel,A. Kushwaha,K,. Singh,S.K.(2021). Geomorphic Analysis, Morphometric-based Prioritization and Tectonic Implications in Chite Lui River, Northeast India, JOURNAL GEOLOGICAL SOCIETY OF INDIA.97,.385-395.
[7] Bhat, M. S., Alam, A., Ahmad, S., Farooq, H., & Ahmad, B. 2019. Flood hazard assessment of upper Jhelum basin using morphometric parameters. Environmental Earth Sciences, 78, 54. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8046-1
[8] Borga, M., Gaume, E., Creutin, J. D., & Marchi, L. 2008. Surveying flash floods: Gauging the ungauged extremes. Hydrological Processes, 22, 3883– 3885. doi:10.1002/hyp.7111.
[9] Bui, D. T., Hoang, N. D., Martínez-Álvarez, F., Ngo, P. T. T., Hoa, P. V., Pham, T. D. Costache, R. 2020. A novel deep learning neural network approach for predicting flash flood susceptibility: A case study at a high frequency tropical storm area. Science of the Total Environment, 701, 134413. doi:10.3390/w12061549.
[10] Charizopoulos, N., Mourtzios, P., Psilovikos, T., Psilovikos, A., & Karamotsou, L. (2019). Morphometric analysis of the drainage network of Samos Island (northern Aegean Sea): Insights into tectonic control and flood hazards. Compes Rendus-Geoscience, 351, 375– 383 doi: 10.1016/j.crte.2019.03.001.
[11] Faniran A .1968. The index of drainage intensity: a provisional new drainage factor. Aust J Sci31(9):326_330. doi:10.1007/s13201-017-0534-4.
[12] Hajam, R. A., Hamid, A., Bhat, S. 2013. Application of morphometric analysis for geohydrological studies using geo-spatial technology–a case study of Vishav Drainage Basin. Hydrol Current Res,4(157),2. doi:10.4172/2157-7587.1000157
[13] Hamdi, S. Syed Ahmad, A,Ikbaland, J. Saleh, G. 2019. Analysis of Basin Geometry in Ataq Region, Part of Shabwah Yemen: Using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques. Bulletin of Pure and Applied Sciences.38:1-15.doi:10.5958/23203234.2019.00001.5
[14] Horton, R. E. 1945. Erosional development of streams and their drainage basins; hydrophysical approach to quantitative morphology. Bulletin of the Geological Society of America, 56, 275– 370. doi.org/10.1177/030913339501900406
[15] Jodar-Abellan, A., Valdes-Abellan, J., Pla, C., & Gomariz-Castillo, F. 2019. Impact of land use changes on flash flood prediction using a sub-daily SWAT model in five Mediterranean ungauged watersheds (SE Spain). Science of the Total Environment, 657, 1578– 1591. dpi:10.1016/j.scitotenv.2018.12.034
[16] Magesh, N. S., Chadrasekar, N., & Soundranagyagam, J. P. 2011. Morphometric evaluation of Papanasam and Manimuthar watersheds, part of Western Ghats. Tirunelueli District, Tamil Nadu, India: A GIS approach. Environmental Earth Sciences, 64, 374– 381. doi: 10.1111/jfr3.12711
[17] parvin, M.2020. Investigating the relationship between basin morphometric conditions and groundwater resources: Case study of Kamyaran Basin. Quantitative geomorphological research.8(4):18-33.doi: 10.22034/GMPJ.2020.106408.
[18] Melton, M. A. 1957. Correlations structure of morphometric properties of drainage systems and their controlling agents. Journal Geology, 66, 442– 460. doi.org/10.1086/626527
[19] Miller, V. C. 1953. A quantitative geomorphic study of drainage basin characteristics on the Clinch Mountain area, Virgina and Tennessee, Proj. NR 389–402, Tech Rep 3. New York: Columbia University, Department of Geology, ONR. doi.org/10.1086/626413
[20] Nookaratnam K, Srivastava YK, Venkateswarao V, Amminedu E, Murthy KSR 2005 Check dam positioning by prioritization of micro-watersheds using SYI model and morphometric analysis— remote sensing and GIS perspective. J Indian Soc Remote Sens 33(1):25–38. doi:10.1007/BF02989988
[21] Patel, D., Dholakia, M., Naresh, N., & Srivastava, P. 2012. Water harvesting structure positioning by using geo-visualization concept and prioritization of mini-watersheds through morphometric analysis in the Lower Tapi Basin. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 40, 299– 312. doi:10.1007/s12524-011-0147-6
[22] Ratna Reddy, V., Saharawat, Y. S., & George, B. 2017. Watershed management in South Asia: A synoptic review. Journal of Hydrology, 551, 4– 13. doi:10.1016/j.jhydrol.2017.05.043.
[23] Ratnam, K. N., Rao, V. V., & Amminedu, E.2005. Check dam positioning by prioritization of micro-watersheds using SYI model and morphometric analysis. Remote Sensing and GIS Perspective, 33(1), 25– 38. doi.org/10.1007/BF02989988
[24] Schumm, S. 1956. Evolution of drainage systems and slopes in badlands at Perth Amboy, New Jersey. Geological Society of America Bulletin, 67, 597– 646. doi:10.1130/0016-7606(1956)67[597.
[25] Siahkamari., S, Zinivand, H. 1395. Flood prone areas mapping by using statistical index and weights of evidence models (Case study: Madar Soo watershed, Golestan). Remote Sensing and Geographic Information System in Natural Resources, 7 (4), 116-133.( In Persion).
[26] Strahler, A. 1952. Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological Society of America Bulletin, 63, 1117– 1142. doi.org/10.1130/0016-7606(1952)631117.
[27] Strahler, A. 1964. Quantitative geomorphology of drainage basins and channel networks. In V. Chow (Ed.), Handbook of applied hydrology (pp. 439– 476). New York: McGraw Hill. doi.org/10.1130/0016-7606(1952)631117.
[28] Taha, M. M. N., Elbarbary, S. M., Naguib, D. M., & El-Shamy, I. Z. 2017. Flash flood hazard zonation based on basin morphometry using remote sensing and GIS techniques: A case study of Wadi Qena basin, Eastern Desert, Egypt. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 8, 157– 167. doi:10.1016/j.rsase.2017.08.007
[29] UNISDR 2015. Making development sustainable: The future of disaster risk management. In Global assessment report on disaster risk reduction. Geneva, Switzerland: United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNISDR).
[30] Valizadeh Kamran. K, Delire Hasannia. R, Azari Amgani, Kh.2019. Flood zoning and its impact on land use in the surrounding area using unmanned aerial vehicles (UAV) images and GIS. ournal of Remote Sensing and Geographic Information System in Natural Resources.10(3):59-75.( In Persion).
Comparison and prioritization of flooding in Nekarood sub-basins using morphometric method in GIS
Abstract
Characteristics and prioritization of watersheds are important for the proper planning and management of natural resources in sustainable development. Implementing management practices in an area is both inaccessible and uneconomical. Therefore, it is essential to use an appropriate technique to prioritize critical groundwater basins. Morphological analysis and prioritization of sub-basins for Nekarud watershed, Mazandaran was performed. The total ranking method was used to prioritize sub-watersheds in terms of sudden flood sensitivity. The results of morphological analysis showed that the study area is a sixth-order drainage system with a dendritic and shaped drainage pattern. The results of prioritization showed that among 12 sub-basins, N8 and N9 sub-basins have very high sensitivity to floods. Also, the degree of correlation between different parameters in this watershed was examined. The results obtained from the correlations showed that, between the length Flow and area with a value of 0.99 has the highest correlation and between the number of streams and the rank of waterway with a value of 0.85 has the lowest correlation. . In this study, it was proved that integration and morphological analysis with GIS can provide a significant tool for understanding the characteristics of watershed sub-basins related to flood management.
Keywords: Flood, morphological analysis, prioritization, Nekarood watershed
مقایسه و اولویت‌بندی سیل‌خیزی زیر حوضه‌های نکارود با استفاده از روش مورفومتریک در سامانه اطلاعات جغرافیایی
چکیده مبسوط
طرح مسئله:
سیلاب از فاجعه‌بارترین و خطرناک‌ترین خطرات طبیعی است، زیرا ناگهانی و غیرقابل‌پیش‌بینی است و منجر به تخریب زیرساخت‌ها، تهدیدی برای جان و مال انسان می‌شود. شناسایی مناطق دارای پتانسیل سیل‌خیز بالا ازجمله کارهای بسیار مهم در کنترل سیلاب و کاهش خسارات ناشی از آن می‌باشد. سیل یکی از جدی‌ترین خطرات طبیعی است که تهدیدهای جدی برای مناطق مسکونی به وجود می‌آورد و همچنین باعث خطرات مالی و جانی می‌شود. سیلاب ازنظر خسارت در مقایسه با خسارات ناشی از زمین‌لرزه، آتشفشان و رانش زمین، در رتبه اول قرار دارد پیامدهای این بلایا را می‌توان در قالب اقتصادی و زیست‌محیطی شدیدی ازجمله از بین بردن زمین‌های کشاورزی، کاهش عملکرد محصول و ایجاد کمبود آب شیرین در منطقه سیل‌خیز اشاره کرد. سیلاب نه‌تنها در مناطق جلگه‌ای بلکه در محیط‌های کوهستانی نیز می‌تواند رخ دهد. تجزیه‌وتحلیل سیل و روابط آن با متغیرهای توضیحی می‌تواند به مدیران آب کمک کند تا مؤثرترین متغیر را در سیلاب شناسایی کنند. جوامع، کشورها و قاره‌ها، به دلیل افزایش شدت و فراوانی این بلایای طبیعی، با تلفات شدید انسانی و هزینه‌های اقتصادی روبرو شده است). در جهان به دلیل افزایش‌های این بلایای طبیعی، مرگ انسان در دوره پیش رو احتمالاً دو برابر تخمین زده می‌شود. سیل یکی از جدی‌ترین خطرات طبیعی است که تهدیدهای جدی برای مناطق مسکونی به وجود. تغییرات آب‌وهوا و افزایش مداوم شهرنشینی که با افزایش جمعیت رخ می‌دهد، به دنبال آن ساخت‌وسازها توسط بشر افزایش می‌یابد و درنهایت باعث کاهش سطح نفوذپذیر و احتمالاً خطر سیل و پتانسیل خسارت اقتصادی-اجتماعی را بیشتر افزایش می‌دهد. با تأیید خطرات در حال رشد و افزایش دفعات وقایع سیل، یک تغییر الگوی در مدیریت ریسک سیل در بسیاری از کشورها مانند اروپا مشاهده می‌شود. مدیریت سیل و کاهش خطرات ناشی از آن مستلزم اتخاذ دیدگاه‌های جامع است که مجموعه متنوعی از اقدامات مدیریت ریسک سیل شامل مشارکت فعال ذینفعان، ارتباطات و افزایش آگاهی را در نظر می‌گیرند.
هدف:
مطالعه حاضر در آبخیز نکارودرودرود در استان مازندران انجام‌گرفته است. استفاده از سامانه‌های جغرافیایی می‌تواند در حداقل زمان با استفاده از لایه‌های اطلاعاتی، مناطق حساس به سیل را با دقت بالایی شناسایی کند این آبخیز یکی از مهمترین آبخیزهای این استان می‌باشد و مطالعه آن ازلحاظ خطرات سیلابی با توجه به بارندگی بالایی که دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف کلی این مطالعه اولویت‌بندی زیر حوضه‌ها با توجه به جاری شدن سیل بر اساس تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی و نیز استفاده از نرم‌افزار GIS به‌عنوان ابزاری کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است. در این مطالعه به بررسی مورفومتریک آبخیز پرداخته شد و زیر حوضه‌های سیلابی مورد شناسایی قرار گرفت. هدف از انجام این تحقیق، شناسایی مناطقی با پتانسیل سیل بالا در آبخیز نکارودرودرود استان مازندران جهت جلوگیری از خطرات ناشی از این بلای طبیعی و مانع از ایجاد خسارت به‌صورت مالی و جانی است.
روش تحقیق:
هفده پارامتر مورفومتریک به‌منظور توصیف آبخیز و اولویت‌بندی زیر حوزه‌های آبخیز نکارودرودرود با توجه به حساسیت به سیل ناگهانی تعیین شد. پارامترهای اساسی با استفاده از تکنیک‌های GIS مستقیماً از DEM اندازه‌گیری شدند و شامل مساحت حوضه، طول حوضه، محیط، تعداد جریان‌ها و طول جریان‌ها برای هر رتبه جریان است. در این تحقیق پارامترهای بسیار مهم مورفومتریک کمی انتخاب و برای این تجزیه‌وتحلیل استفاده شدند. این پارامترها با خطرات رواناب، اوج تخلیه و فرسایش خاک رابطه مستقیم یا معکوس دارند. این پارامترها را به سه بخش خطی، ناهمواری و سطحی تقسیم شدند. درنهایت با استفاده از این روش زیر حوضه‌ها اولویت‌بندی شدند. جهت ارزیابی مورفولوژی آبخیز یک نقشه ارتفاع رقومی (DEM) با وضوح 12.5 متر بارگیری شد. پارامترهای مورفولوژی به‌طور مستقیم یا معکوس با طغیان در ارتباط هستند. پس از رتبه‌بندی مورفولوژی، مقادیر مربوط به هر یک از زیر حوضه‌ها برای طبقه‌بندی و تعیین حساسیت آن‌ها به وقوع سیل ناگهانی جمع شد. مقادیر درجه پارامترهای مورفومتریک خلاصه‌شده از 0 برای کمترین مقدار رتبه و 1 برای بالاترین مقدار رتبه برای به دست آوردن شاخص حساسیت سیلاب در برابر هر زیر حوضه نرمال شد و مورد ارزیابی نهایی قرار کرفت. تغییرات واضحی در پارامترهای اساسی زیر حوضه‌های آبخیز مانند مساحت، محیط و طول حوضه مشاهده می‌شود. این پارامترهای حوضه، یک ویژگی هیدرولوژیکی بسیار قابل‌توجه هستند. مساحت آبخیز از 37/484 کیلومترمربع در زیر حوضه N1 تا 18/48 کیلومترمربع در زیر حوضه N8متغییر است. همچنین از محیط می‌توان به‌عنوان یک شاخص از شکل و اندازه زیر آبخیز استفاده کرد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده یک همبستگی بالا بین مساحت و محیط آبخیز وجود دارد.
نتایج و بحث:
حوضه نکارودرودرود با استفاده از جعبه‌ابزار Hydrology از ArcGIS به 12 زیر حوضه تقسیم شد. نتایج تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی کل حوضه در جدول (2) نشان داده‌شده است. الگوی زهکشی آبخیز نیز در شکل (4) نشان داده‌شده است. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده مشخص شد که زیر حوضه‌های N8 و N9 از اولویت بالایی برای سیل‌خیزی برخوردار هستند. نتایج نشان می‌دهد که این 2 زیر حوضه بسیار مستعد ازلحاظ سیل‌خیزی هستند. همچنین زیر حوضه‌های N11 و N12 از میزان خطر خیلی کمتری نسبت به سیل‌خیزی برخوردار هستند. تعداد کل جریان‌های 12 زیر حوضه برای آبخیز 366681 مورد است و اولین مرتبه 52% کل جریان‌های آبخیز را تشکیل می‌دهد. مقادیر هندسی برای 12 زیر حوضه آبخیز به‌صورت نمودار و یک خط مستقیم نشان داده می‌شود که مقادیر ورود به سیستم شماره جریان بر روی یک نمودار رسم شده است.
نتیجهگیری:
ازآنجاکه سوابق آب و هوایی و هیدرولوژیکی تاریخی کافی برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی وجود ندارد، از تحلیل مورفومتریک برای ارزیابی حساسیت زیر آبخیز به سیل استفاده‌شده است. نتایج و تجزیه‌وتحلیل‌های به‌دست‌آمده در مطالعه حاضر دارای زمینه‌های متعددی برای کاربرد عملی و توسعه آینده است. تجزیه‌وتحلیل مورفومتری حوضه نکارودرودرود نشان داده است که آبخیز یک سیستم زهکشی که دارای 6 مرتبه است که دارای حساسیت بسیار بالا به سیلاب است. با توجه به نتایج، زیر حوضه N8 و N9 از میزان خطر بالای سیل‌خیزی برخوردار هستند. در مقابل زیر حوضه‌ی N12 از میزان طغیان سیلاب خیلی کمتری برخوردار هستند. بررسی حوضه نشان داد که علت پایین بودن طغیان در زیر حوضه N12، شکل حوضه و میزان شیب می‌باشد که دارای شکل کشیده و منطقه ازلحاظ ناهمواری تقریباً مسطح است، که میزان خطر سیلاب را کاهش می‌دهد. این مطالعه نشان داد شد که حفاظت از منطقه در برابر سیل ناگهانی باید در اولویت اصلی مقامات ذیصلاح برای محافظت از جان انسان‌ها و مزارع کشاورزی و درنهایت جلوگیری از فاجعه‌ای سیل باشد. در این مطالعه ثابت شد که ادغام و تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی با GIS می‌تواند ابزاری قابل‌توجه برای درک ویژگی‌های زیر حوضه‌های آبخیز مربوط به مدیریت سیل فراهم کند.
واژگان کلیدی: سیل، تجزیه‌وتحلیل مورفولوژی ، اولویت‌بندی، آبخیز نکارود
Comparison and prioritization of flooding in Nekarood sub-basins using morphometric method in GIS
Abstract
Statement of the Problem:
Floods are one of the most catastrophic and dangerous natural hazards, because they are sudden and unpredictable and lead to the destruction of infrastructure, a threat to human life and property. Identifying areas with high flood potential is one of the most important tasks in flood control and reducing the damage caused by it. Floods are one of the most serious natural hazards that pose serious threats to residential areas and also pose financial and human risks. Floods rank first in terms of damage caused by earthquakes, volcanoes, and landslides. Cited. Floods can occur not only in the plains but also in mountainous environments. Flood analysis and its relationship to explanatory variables can help water managers identify the most effective variable in floods. Communities, countries and continents have suffered severe human losses and economic costs due to the increasing severity and frequency of these natural disasters). In the world due to the increase of these natural disasters, human death in the coming period is probably doubled. Floods are one of the most serious natural hazards that pose a serious threat to residential areas. Climate change and the steady increase in urbanization that occurs with increasing population, followed by an increase in man-made structures, ultimately reducing permeability and possibly further increasing the risk of floods and the potential for socio-economic damage. Confirming the growing risks and increasing frequency of flood events, a paradigm shift in flood risk management is observed in many countries, such as Europe. Flood management and mitigation requires comprehensive perspectives that take into account a diverse set of flood risk management measures, including active stakeholder engagement, communication, and awareness raising.
Purpose:
The present study was conducted in Neka Rud watershed in Mazandaran province. The use of geographical systems can identify flood-sensitive areas with high accuracy in the shortest time using information layers. This watershed is one of the most important watersheds in the province and its study is of great importance in terms of flood risks due to its high rainfall. Enjoys. The overall purpose of this study is to prioritize sub-basins with respect to flooding based on morphological analysis and also to use GIS software as an efficient and cost-effective tool. In this study, the morphometric study of the watershed was investigated and flood sub-basins were identified. The purpose of this study is to identify areas with high flood potential in Neka River watershed of Mazandaran province to prevent the risks of this natural disaster and prevent financial and human damage.
Methodology:
Seventeen Morphometric parameters were determined to describe the watershed and prioritize the sub-basins of Neka watershed according to the sensitivity to sudden floods. The basic parameters were measured directly from the DEM using GIS techniques and include basin area, basin length, environment, number of streams and flow lengths for each flow rating. In this study, very important morphometric parameters were quantitatively selected and used for this analysis. These parameters are directly or inversely related to runoff hazards, peak discharge and soil erosion. These parameters were divided into three parts: linear, uneven and surface. Finally, sub-basins were prioritized using this method. To assess the morphology of the watershed, a digital elevation map (DEM) with a resolution of 12.5 m was loaded. Morphological parameters are directly or inversely related to the outbreak. After morphological ranking, the values of each sub-basin were collected to classify and determine their susceptibility to flash floods. The values of the sum of morphometric parameters summarized from 0 for the lowest rank value and 1 for the highest rank value to obtain the flood sensitivity index for each sub-basin were normalized and finally evaluated. Clear changes are observed in the basic parameters of watersheds such as area, environment and length of the basin. These basin parameters are a very remarkable hydrological feature. Watershed area varies from 484.37 square kilometers under N1 basin to 48.18 square kilometers under N8 basin. The environment can also be used as an indicator of the shape and size of the watershed. According to the obtained results, there is a high correlation between the area and the watershed environment.
Results and discussion:
The Neka Basin was divided into 12 sub-basins using the Hydrology Toolbox from ArcGIS. The results of morphological analysis of the whole basin are shown in Table (2). The watershed drainage pattern is also shown in Figure (4). According to the obtained results, it was found that sub-basins N8 and N9 have a high priority for flooding. The results show that these two sub-basins are very prone to flooding. Also, sub-basins N11 and N12 have a much lower risk of flooding. The total number of 12 sub-basin flows for the watershed is 366681 and for the first time it constitutes 52% of the total watershed flows. Geometric values for 12 watersheds are shown in the form of a graph and a straight line, where the log values of the flow number are plotted on a graph.
Conclusion:
Because there are insufficient historical climatic and hydrological records for hydrological modeling, morphometric analysis has been used to assess sub-watershed susceptibility to flooding. The results and analysis obtained in the present study have several fields for practical application and future development. Morphometric analysis of the Neka Basin has shown that the watershed is a six-stage drainage system that is very sensitive to flooding. According to the results, sub-basins N8 and N9 have a high risk of flooding. In contrast, the N12 sub-basin has a much lower rate of flooding. The study of the basin showed that the reason for the low flooding below the N12 basin is the shape of the basin and the amount of slope, which has an elongated shape and the area is almost flat in terms of unevenness, which reduces the risk of floods. This study showed that the protection of the region against sudden floods should be the main priority of the competent authorities to protect human lives and agricultural farms and ultimately prevent flood disasters. In this study, it was proved that integration and morphological analysis with GIS can provide a significant tool for understanding the characteristics of watershed sub-basins related to flood management.
Keywords: Flood, morphological analysis, prioritization, Nekarood watershed
مقالات مرتبط
حقوق این وب‌سایت متعلق به سامانه مدیریت نشریات دانشگاه آزاد اسلامی است.
حق نشر © 1403-1400