شناسايي و تفكيك مناطق سيل خيز و بررسي تأثير فعاليت هاي آبخيزداري بر دبي اوج سيلاب حوضه (مطالعه موردي: حوضه آبخيز بار نيشابور)

Identification and separation of flooding source regions and investigating the impact of watershed management operations on the peak discharge (Case study: Bar watershed, Neyshabour, Iran)

سابقه و هدف: روند رو به افزايش سيل در سال هاي اخير حاكي از آن است كه اكثر مناطق كشور در معرض تهاجم سيلاب هاي دوره اي و مخرب قرار دارند كه از اين نظر بسياري از شهرها، روستاها، تأسيسات صنعتي و كشاورزي و اماكن مسكوني نيز در معرض خطر سيل قرار گرفته اند. لذا شناسايي اصولي مناطق سيل خيز در داخل حوضه آبخيز از جمله اقدامات بسيار مهم در كنترل سيل و كاهش خسارات ناشي از آن محسوب مي گردد. هدف اصلي از انجام تحقيق حاضر بررسي و شناسايي مناطق سيل خيز و تأثير فعاليت هاي آبخيزداري بر ميزان دبي اوج سيلاب در حوضه آبخيز رودخانه بار شهرستان نيشابور واقع در استان خراسان رضوي مي باشد. مواد و روش ها: بدين منظور حوضه مورد مطالعه به 20 زيرحوضه تقسيم گرديد وخصوصيات فيزيكي كل حوضه و زيرحوضه ها با استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي و در فرمت رقومي تعيين شد. سپس با بهره گيري از مدل هيدرولوژيكي HEC-HMS و به كمك روش تكرار حذف انفرادي زيرحوضه (Single Successive Sub-watershed Elimination) آبنمودهاي سيل متناظر با بارش هاي طراحي براي هر يك از زير حوضه ها محاسبه گرديد. سپس با حذف متوالي زيرحوضه ها در هر بار اجراء مدل، دبي خروجي كل حوضه پس از رونديابي سيل در آبراهه هاي اصلي بدون زيرحوضه مورد نظر (با استفاده از روش موج سينماتيك) محاسبه گرديد، بدين ترتيب ميزان تأثير هر يك از زيرحوضه ها در توليد سيل خروجي حاصل گرديد. همچنين، سيل خيزي حوضه مطالعاتي در واحد سطح حوضه محاسبه گرديد و شاخص سيل خيزي (f)، مبناي اولويت بندي حوضه قرار گرفت. يافته ها: در فرآيند واسنجي مدل دو پارامتر شماره منحني و ضريب مانينگ به عنوان مؤثرترين پارامترها بر دبي سيلاب حوضه آبخيز انتخاب گرديدند و ضريب ناش-ساتكليف بالا در رخدادهاي سيل نشان داد كه واسنجي مدل در حوضه آبخيز بار به نحو مناسبي صورت پذيرفته است. نتايج شبيه سازي نشان داد كه زيرحوضه B1 (در بخش شمالي حوضه) در دوره هاي بازگشت 50 و 100 ساله با توليد دبي اوج 38.9 و 44.1 مترمكعب بر ثانيه در محل خروجي زيرحوضه، بيشترين مقدار و زيرحوضه هاي B11، B13 و B19 (در بخش هاي غربي حوضه) با دبي اوج نزديك به صفر كمترين مقدار دبي اوج را به خود اختصاص مي دهند. همچنين، با توجه به شاخص (f) در رگبارهاي طرح با دوره هاي بازگشت‌ 50 و 100 ساله زيرحوضه‌هاي B4 و B3 (در نيمه شمالي حوضه) اولين و دومين رتبه و زيرحوضه‌هاي B6، B11،B12 ، B13،B14 و B19 (در نيمه جنوبي حوضه و در بخش هاي شرقي و غربي حوضه) كمترين اولويت را كسب كرده اند. در زيرحوضه B1 با توجه به اينكه بيشترين سطح عمليات بيولوژيك اجراء گرديده است، بالاترين درصد كاهش دبي اوج به ميزان 41.27 تا 44.73 درصد مي باشد. از طرف ديگر، نتايج نشان داد كه هرچه نسبت سطح عمليات بيولوژيك به مساحت زيرحوضه بيشتر باشد، نقش اين پروژه ها در كاهش ميزان دبي اوج نيز واضح تر خواهد بود. با توجه به بررسي صورت گرفته نقش فعاليت هاي سازه اي در كاهش دبي اوج سيلاب كمتر از فعاليت هاي بيولوژيك مي باشد و افزايش تعداد سازه ها در طول مسير رودخانه باعث كاهش ميزان دبي اوج زيرحوضه نيز خواهد شد. نتيجه گيري: با بررسي اثر فعاليت هاي بيولوژيك و احداث گابيون بر دبي اوج سيلاب هاي طرح، مي توان گفت كه نقش فعاليت هاي بيولوژيك در كاهش دبي اوج و حجم سيلاب به مراتب مؤثرتر از فعاليت هاي سازه اي (احداث گابيون) مي باشد. بنابراين، عامل CN به عنوان يك عامل مؤثر و قابل كنترل بر سيل خروجي حوضه و كاهش دبي اوج مي باشد.

Background and Objectives: The increasing flooding trend in recent years suggests that most of the country's regions are vulnerable to invasions of periodic and destructive floods. In this aspect, many cities, villages, industrial and agricultural facilities and residential areas are prone to flood occurrence, as well. Therefore, the basic identification of flood process within the catchment area is one of the most important measures in flood control and the mitigation of damages. The main objective of this research is to investigate and identify the flood source regions and the effect of watershed management on flood peak discharge at the outlet of the Bar watershed, Neyshabour, located in Razavi Khorasan province. . Materials and Methods: For this purpose, the basin was divided into 20 subbasins and the physical properties of the whole basin and subbasins were determined using the geographical information system oodand in a digital format. Then, by using the HEC-HMS hydrologic model, the corresponding flow discharges were calculated for each subbasin. Then, by successively deleting subbasins at each model runtime, i.e. Single Successive Subwatershed Elimination method (SSSE), the whole basin water discharge was calculated after the flood routing in the main streams without the considered subbasin by using the kinematic wave routing approach, Thus the effect/share of each subbasin in the production of flood is identified. Also, the specific flood discharge and the flood index (f) was computed to be the basis for the sub watersheds’ prioritization. Results: In calibration process, two parameters of curve number and manning coefficient were selected as the most effective parameters on flood discharge. The high Nash-Sutcliffe coefficient in flood events showed that calibration of the model in the watershed was satisfactory. The results showed that the subbasin B1 (in the northern part of the watershed) in the return periods of 50 and 100 years had the hieghst peak discharge of 38.9 and 44.1 cubic meters per second at the outlet of the subbasin and the subbasins B11, B13 and B19 (in the western parts of the watershed) showed the minimum peak discharge. Also, according to the index (f), in flood plains with return periods of 50 and 100 years, the subbasins B4 and B3 (in the northern half of the watershed) ranked first and second, respectively and the subbasins B6, B11, B12, B13, B14 and B19 (in the southern part of the watershed and in the eastern and western parts of the watershed) showed the lowest priority in terms of their participation in basin flood. In subbasin B1, the highest level of peak discharge reduction has been observed in the highest level of biological operations, ranging from 41.27 to 44.73 percent. On the other hand, the results showed that the higher the proportion of the biological activity to the area, the more obvious the role of these projects in reducing peak discharge. According to the study, the role of structural activities in reducing the flood peak is lower than biological activities and increasing the number of structures along the river route will reduce a higher level of peak discharge. Conclusion: By investigating the effect of biological activities and the construction of gabion check dams on the flood discharges, it can be said that the role of biological activities in reducing peak flow and flood volume is much more effective than structural activities (construction of gabion). Therefore, the CN factor is an effective and controllable factor for flood discharge of the basin and effective on reducing peak flow.