مد‌ل‌سازي اثر تغيير كاربري اراضي بر هيدروگراف سيل (مطالعه موردي: حوزه آبخيز جعفرآباد، استان گلستان)

Modeling the effects of land use changes on flood hydrograph (A case study: Ja’farabad watershed, Golestan province)

سابقه و هدف: كاربري اراضي و پوشش زمين يكي از عوامل اصلي در مطالعات منابع آب و فرسايش و رسوب حوزه آبخيز مي‌باشند. شبيه‌سازي كامپيوتري اثرات تغيير كاربري اراضي بر روي فرآيند‌هاي حوزه آبخيز به‌ويژه سيل در نيم قرن اخير مورد مطالعه و توجه قرار گرفته است بنابراين با توجه به تغييرات زياد كاربري اراضي در حوزه آبخيز جعفرآباد و تاثير حتمي آن بر هيدروگراف سيل، در اين مطالعه به بررسي و ارزيابي اثرات تغيير كاربري اراضي بر هيدروگراف سيل حوزه آبخيز جعفرآباد در گرگانرود با استفاده از مدل هيدرولوژيكي توزيعي GFHM پرداخته شده است. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه اثر تغيير كاربري اراضي بر هيدروگراف سيل حوزه آبخيز جعفرآباد با استفاده از مدل GFHM مورد بررسي قرار گرفت. مدل GFHM يك مدل هيدرولوژيكي توزيعي مكاني و زماني مي‌باشد. نقشه‌هاي DEM، كاربري اراضي، تيپ خاك و همچنين داده‌هاي بارش، داده‌هاي اصلي مورد نياز مدل مي‌باشند. اين مدل جهت محاسبه بارش مازاد از روش شماره منحني سازمان حفاظت منابع ملي (NRCS) و جهت روند‌يابي از روش موج سينماتيكي استفاده مي‌نمايد. با توجه به شرايط حوزه آبخيز مورد مطالعه چهار سناريوي مديريتي با رويكرد اثرات تخريب و احياي كاربري اراضي بر هيدروگراف سيل تدوين گرديد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه افزايش 2/4 درصدي مساحت جنگل (سناريو 4)، باعث كاهش 8/0 درصدي دبي اوج سيل و 44/4 درصدي حجم سيل براي رخداد‌هاي كوچك سيل مي‌شود. مقادير اين تغييرات براي رخدادهاي بزرگ به‌ترتيب 43/0 و 8/1 مي‌باشد. تبديل 9/3 درصد از اراضي جنگلي به اراضي ديم (سناريو 2) باعث افزايش به‌ترتيب 52/1 و 6/0 درصدي دبي اوج سيل و 6/2 و 6/1 درصدي حجم براي رخدادهاي كوچك و بزرگ سيل مي‌شود. همچنين تبديل اراضي جنگلي نيمه‌متراكم به اراضي زراعي ديم (سناريو 1) باعث افزايش 01/17 و 13/4 درصدي دبي اوج و افزايش 55/9 و 83/4 درصدي حجم سيل به‌ترتيب براي رخدادهاي كوچك و بزرگ مي‌شود. نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد كه براي مديريت و كاهش سيلاب در منطقه از طريق روش غير‌سازه‌اي مديريت اراضي مي‌توان دبي اوج و حجم سيل را كاهش داد. بنابراين طرح اصلاح كاربري اراضي حوزه در قالب احيا جنگل‌ها و تغيير كاربري اراضي كشاورزي شيب‌دار به آگروفارستري به‌ويژه از نوع باغات زيتون (كه در بيش‌تر مناطق مشابه در استان گلستان به‌طور موفقيت‌آميز به اجرا در آمده است) مقدار ربايش و تلفات اوليه را به‌طور موثري افزايش خواهد داد و از اين طريق باعث كاهش سيل‌خيزي خواهد گرديد. با توجه به نتايج مي‌توان بيان كرد كه تغيير كاربري اراضي در رگبارهاي با دبي‌هاي كم، اثرات بيش‌تري بر روي دبي اوج و حجم سيل مي‌گذارد.

Background and Objectives: Land-use and land-cover are considered as determining factors in studies of watershed water resources, soil erosion and sediment yield. A plethora of computerized simulation of land-use change effects on the watershed processes specially flooding have been carried out in the last decades. Therefore, due to the significance of land-use change in the Ja’farabad watershed and its likely impacts on flood hydrograph, in this study, land-use change effects on flood hydrograph have been studied in Jafarabad watershed in Golestan province using GFHM (21) distributed model. Materials and Methods: In this study, land-use change effects on flood hydrograph have been studied in the Ja’farabad watershed using GFHM (21) distributed model. GFHM (21) model is a saptio-temporallly distributed hydrological model. DEM, land-use and soil type maps, as well as precipitation data of the watershed are the main data required by this model. The surplus precipitation amount is calculated using the curve number method of Natural Resources Conservation Service (NRCS) is used and is routed through Kinematic-wave method. Regarding the watershed condition, four management scenarios were developed with different approaches taken towards destruction or reclamation of watershed. Results: The results indicated that afforestation on dry farming lands (scenario 4) will reduce the peak discharge about 0.8 percent and flood volume down to 4.44 percent for small flood events. For large events this change is 0.43 and 1.8 percent respectively. 500 meter extension of dry farming land borders into forest (scenario 2) increases flood peak discharge about 1.52 and 0.6 percent for small and large events and the reduction for flood volume is about 2.6 and 1.6 respectively. Also conversion of semi-dense forest into agricultural lands (scenario1) can increase peak discharge about 17.01 and 4.13 percents and flood volume as much as 9.55 and 4.83 percents for small and large events respectively. The results also depicted that land-use change affects cloudbursts with low Debi and has more effects on peak Debi and flood volume. Conclusion: The results revealed that flood peak discharge and volume can be reduced through non-structural land management actions. Hence, land-use reform plan of watersheds with a forest reclamation pattern and also changing agricultural land-use into agro-forestry lands especially olive orchards (the action implemented successfully in most of similar areas in the Golestan province) significantly increase the interception and initial loss of the watershed.