رئوف مصطفي‌زاده 1، امير سعدالدين 2 ، عبدالرضا بهره‌مند2، واحدبردي شيخ2، حبيب نظر نژاد 3

1. (3) (2) (1) (5) (4) كه در آن، مقادير شبيه‌سازي شده، مقادير مشاهداتي، مقدار دبي متوسط مشاهداتي و تعداد داده‌هاي نظير در مقادير جريان شبيه‌سازي شده و مشاهداتي هستند. پنجمین همايش مليعلوم و مهندسيآبخيزداري ايران (مديريت بلاياي طبيعي) 5th Watershed Management Conference (Sustainable Disaster Management) Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources انجمن آبخيزداري ايران دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان • ارزيابي اثرات هيدرولوژيك طرح آبخيزداري جعفرآباد استان گلستان با استفاده از مدلHEC HMS رئوف مصطفي‌زاده1، امير سعدالدين2 ، عبدالرضا بهره‌مند2، واحدبردي شيخ2، حبيب نظر نژاد 3 (1) دانشجوي كارشناسي ارشد آبخيزداري دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان،(2) استاديار گروه آبخيزداري دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان (3) دانشجوي دكتري آبخيزداري و عضو هيات علمي گروه مرتع و آبخيزداري دانشگاه اروميه به منظور نمايش بهتر كارايي مدل در شبيه‌سازي جريان پراكنش داده‌هاي هيدروگراف‌هاي جريان با حدود اطمينان در سطح 95 درصد در دو مرحله واسنجي و اعتبارسنجي دراشكال 2 و 3 ارايه شده است چكيده ارزيابي كمي پروژه‌هاي آبخيزداري به منظور ارزيابي اثرات آنها و تصميم‌گيري صحيح در اجراي بهينه اين گونه طرحها در شرايط مشابه، ضروري مي‌باشد. اين تحقيق با هدف ارزيابي تاثير طرح آبخيزداري اجرا شده در آبخيز جعفرآباد در استان گلستان از ديدگاه هيدرولوژيك صورت گرفته است. مقايسه پارامترهاي هيدرولوژيكي جريان در زمان قبل و بعد از احداث سدهاي اصلاحي با استفاده از آزمون تي‌جفت، صورت گرفت. به اين منظور مدل هيدرولوژيكHEC-HMS، با داده‌هاي مشاهداتي، واسنجي و اعتباريابي گرديد و هيدروگراف سيل با دوره‌بازگشت‌هاي متفاوت 2 تا 100 ساله در وضعيت‌ قبل و نيز بعد از احداث عمليات آبخيزداري در آبخيز شبيه‌سازي گرديد. نتايج مقايسه آماري تفاوت معني‌داري را در سطح 95 درصد ، در دو دوره قبل و بعد از احداث سازه‌ها نشان نداد. بر اساس نتايج، درصد تغيير معيارهاي ارزيابي نشان مي‌دهد كه تاثير سازه‌ها بر كليه معيار‌ها در دوره‌بازگشت‌هاي متفاوت كمتر از 5/1 درصد بوده است. بعبارتي بيشترين تاثير سازه‌ها بر معيارهاي هيدرولوژيك در دوره‌بازگشت‌هاي پايين (2 تا 15 ساله) بوده‌است. واژه هاي كليدي:عمليات سازه‌اي، معيارهاي ارزيابي هيدرولوژيك، مدل HEC-HMS، آبخيز جعفرآباد. شكل 3- پراكنش داده‌هاي دبي مشاهداتي و شبيه‌سازي شده در مرحله اعتبارسنجي مدل با حدود اطمينان 95 درصد شكل 2- پراكنش داده‌هاي دبي مشاهداتي و شبيه‌سازي شده در مرحله واسنجي مدل با حدود اطمينان 95 درصد • عدم موفقيت در طرح‌هاي كنترل سيلاب با توجه به ايجاد يك امنيت كاذب در محدوده تحت حمايت، سبب تشديد سيل و افزايش خسارت مي‌گردد. امروزه استفاده از قابليت مدل‌هاي هيدرولوژيك به منظور شبيه‌سازي اثرات فعاليتهاي مديريتي در فرايند تصميم‌گيري نقش تعيين كننده‌اي به خود گرفته ‌است جدول2- مقادير شاخص‌هاي كارايي مدل در مرحله واسنجي و اعتبارسنجي در ايستگاه هيدرومتري تقي‌آباد منطقه مورد مطالعه آبخيز جعفرآباد )زيرحوزه‌گرگانرود، مساحت، حدود 10947 هكتار، محدوده‌ي جغرافيايي ΄37 ˚48 تا ΄45 ˚48 طول شرقي و ΄43 ˚36 تا΄52 ˚36 عرض شمالي ميانگين دماي سالانه 45/15 درجه سانتيگراد، متوسط بارش 566 ميلي‌متر پوشش گياهي غالب آبخيز، جنگلي خاك منطقه شامل گروههاي هيدرولوژيك B و C اجراي عمليات مکانيکي سازه‌اي شامل 58 سد اصلاحي (حجم تقريبي 2000 مترمكعب)، در سال‌هاي 1381 و 1382 در عرصه به منظور کاهش سيل‌خيزي و كنترل رسوب حوزه سدهاي اصلاحي از نوع گابيوني (با ارتفاع مفيد 1 تا 2 متر) (B) علامت قبل از احداث عمليات سازه‌اي و (A) بعد از احداث عمليات سازه‌اي شكل 4- هيدرگراف سيل شبيه‌سازي شده با دوره بازگشت‌هاي مختلف در دو بازه زماني قبل و بعد از اجراي عمليات آبخيزداري در آبخيز جعفرآباد شكل(1)- نقشه واحد هاي هيدرولوژيك و موقعيت مكاني سازه‌هاي احداث شده در آبخيز جعفرآباد استان گلستان جدول 3- مقادير معيارهاي هيدرولوژيك ارزيابي در دو بازه زماني قبل و بعد از اجراي عمليات آبخيزداري با دوره‌بازگشت‌هاي مختلف روش تحقیق پس از تعيين 20 واحد هيدرولوژيك و 5 بازه رونديابي، با اجزاء زيرحوزه، بازه، اتصال، مخزن و خروجي، مدل‌حوزه در نرم‌افزارHEC-HMSتهيه و مشخصات واحدهاي هيدرولوژيك و منحني‌هاي ارتفاع– مساحت براي رونديابي جريان در سازه‌ها وارد مدل گرديد. با توجه به نقشه كاربري اراضي و گروههاي هيدرولوژيك، شرايط هيدرولوژيك و رطوبت پيشين خاك، شماره منحني وزني واحدهاي هيدرولوژيك تعيين شد مقايسه پارامترهاي هيدرولوژيكي جريان در زمان قبل و بعد از احداث سازه‌هاي اصلاحي با استفاده از آزمون تي‌جفت، صورت گرفت. در پيمايش‌هاي ميداني، مشخصات دقيق سازه‌ها شامل، ارتفاع مفيد، طول رسوبگيري، ابعاد سرريز و وضعيت تخريب يا عدم تخريب سازه‌ها برداشت شد و همچنين موقعيت جغرافيايي آنها با سيستم موقعيت ياب جهاني(GPS)ثبت گرديد. مشخصات هندسي بازه‌هاي رودخانه، شيب‌هاي طولي و جانبي، شكل و ضريب زبري مانينگ به منظور محاسبه ضرايب رونديابي در روش ماسكينگام كانج برداشت شد. از روش SCS‌، براي تبديل بارش به رواناب سطحي استفاده شد و همچنين روش پال اصلاح‌شده (سطح- مخزن) و ماسكينگام كانج، به ترتيب براي رونديابي جريان در چكدم‌ها و بازه‌هاي رودخانه، بكار گرفته‌شد . مدل تهيه شده براي 12 رويداد بارش و‌ سيل متناظر در ايستگاه هيدرومتري تقي‌آباد اجرا شد و با توجه به اهميت تمامي معيار‌هاي هيدروگراف سيل به منظور مقايسه، در دوازده رويداد مورد اشاره با كمك توابع هدف مجموع ‌قدر ‌مطلق باقيمانده‌ها (رابطه 1) و مجموع مربعات باقيمانده‌ها (رابطه2) واسنجي صورت گرفت و با توجه به نتايج حاصله، دو پارامتر زمان تاخير و شماره منحني براي هر زيرحوزه بهينه شدندمدل واسنجي شده با 10 رويداد دسته دوم اعتبارسنجي گرديد. ارزيابي كارايي مدل هيدرولوژيك در هر يك از دو مرحله واسنجي و اعتبارسنجي با استفاده از معيارهاي بترتيب ناش- ساتكليف (1)، اريبي مدل در برآورد حجم جريان،(2) درصد خطا در دبي اوج،(3) ضريب واريانس شبيه‌سازي (4) و كارايي مدل در شبيه‌سازي دبي‌هاي بالا (5) شكل 5- مقادير حجم سيلاب در دو بازه زماني قبل و بعد از احداث عمليات سازه‌هاي در دوره بازگشت‌هاي متفاوت شكل 6- مقادير دبي پيك هيدروگراف در دو بازه زماني قبل و بعد از احداث عمليات سازه‌هاي در دوره بازگشت‌هاي متفاوت شكل 7- مقادير زمان تا اوج هيدروگراف در دو بازه زماني قبل و بعد از احداث عمليات سازه‌هاي در دوره بازگشت‌هاي متفاوت شكل 8- مقادير زمان پايه هيدروگراف در دو بازه زماني قبل و بعد از احداث عمليات سازه‌هاي در دوره بازگشت‌هاي متفاوت • براي مقايسه وضعيت هيدرولوژيك دو بازه زماني قبل و بعد از احداث سازه‌ها، با استفاده از رابطه وزيري، (1377)، اقدام به محاسبه بارش طرح با دوره بازگشت‌هاي متفاوت برابر با زمان تمركز حوزه گرديد. • به منظور ارزيابي اثرات هيدرولوژيك سازه‌هاي اجرا شده در آبخيز، معيارهاي دبي اوج سيل، تاخير سيل (افزايش زمان تا اوج)، زمان پايه هيدروگراف سيل و حجم سيل انتخاب شدند • بحث و نتيجه گيري • در اين تحقيق مقادير ضرايب كارايي ذكر شده در (جدول2)، حاكي از نتايج قابل قبول شبيه‌سازي است. • نتايج شبيه‌سازي جريان در (شكل 2) و ‌(جدول 3) نشان مي‌دهد كه انجام عمليات آبخيزداري تاثير چنداني بر بهبود وضعيت هيدرولوژيك آبخيز نداشته‌ است و اين تاثير در تمامي معيارهاي مورد بررسي كمتر از 5/1 درصد بوده است. • يكي از دلايل تاثير ناچيز عمليات اجرا شده در آبخيز جعفرآباد را مي‌توان به حجم عمليات و تعداد بيشتر سازه‌ها در زيرحوزه نزديك به خروجي نسبت داد كه سيلاب بخش شرقي منطقه را تاخير انداخته و با به‌ هم پيوستن رواناب بخشهاي بالادست و غرب حوزه كه فاصله بيشتري از خروجي دارند در مجموع باعث كاهش تاثير عمليات آبخيزداري مكانيكي انجام شده بر معيار‌هاي سيلاب مي‌گردند اين در حالي است كه چون زمان عبور آب تا خروجي در بخش شرقي كمتر است نبايد در اين بخش سازه‌اي احداث مي‌شد. • با افزايش دوره‌بازگشت، ميزان تاثير سازه‌ها بر كاهش دبي اوج كاهش يافته است و بيشترين تاثير در دوره‌بازگشت‌هاي پايين (2 تا 25 ساله) بوده است. • مي‌توان نتيجه گرفت كه در جايابي سازه‌ها بيشترين توجه صورت گيرد تا از اثرات منفي تغييرات نامناسب زمان تمركز جلوگيري بعمل آيد. با توجه به اثر نامحسوس سازه‌ها روي حجم جريان و حتي دبي اوج، صرفا عمليات مكانيكي نمي‌تواند راه حل تصور گردد. اينگونه فعاليتها مسكن و موقتي تلقي مي‌گردد و بايد با فعاليتهاي بيولوژيك توام شوند و در واقع زمينه‌ساز استقرار پوشش تلقي مي‌شوند. نتایج جدول 1- مقادير اوليه و بهينه‌شده پارامترهاي شماره منحني و زمان تاخير براي رويدادهاي انتخابي در ايستگاه هيدرومتري تقي‌آباد • منابع • - سعدالدين، ا، مصطفي‌زاده، و هليلي، م. 1386. پيش بينی اثرات سناریوهای مديريت بيولوژيک روی ويژگی‌های سيل و فرسايش آبی در آبخيز راميان- استان گلستان. دومين همايش مقابله با سوانح طبيعي، دانشكده فني دانشگاه تهران. 12 ص. • - نجفی‌نژاد، ع، 1376. راهنمای آبخيزداری (مطالعات و برنامه‌ريزی حوزه‌های آبخيز). انتشارات دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبيعی گرگان. 260 ص. • - وزيري، ف، 1371. تعيين روابط منطقه‌اي بارندگي‌هاي كوتاه‌ مدت در ايران. طرح پژوهشي دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي. 28 ص • F.A.O. 2001. Small dams and weirs in earth and gabion materials. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Land and Water Development Division. 171p • Lammersen, R., Engel, H., van de Langemheen, W., Buiteveld, H. 2007. Impact of river training and retention measures on flood peaks along the Rhine, Journal of Hydrology. 267, 115–124p. • Lenzi, M. A. 2002. Stream bed stabilization using boulder check dams that mimic step-pool morphology features in Northern Italy, Geomorphology 45 (2002) 243–260 p. • Shieh, Ch. L., Guh, Y.R., Wang, Sh. O. 2007. The application of range of variability approach to the assessment of a check dam on riverine habitat alteration. Environ Geol. 52:427–435p. • Us Army crops of Engineers. 2001. Hydrologic Engineering Center Hydrologic Modeling System (HEC-HMS), Technical Reference Manual. CA, 187p.