Journal of Watershed Engineering and Management Volume 8, Issue, 26, Pages 68-79 نشریه علمي-پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 صفحات 93-88 تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراوانی در حوزه آبخیز پل دوآب شازند 3 ۲* حمید دارابی کاکا شاهدی و مهدی مردیان 2 و 9 دانشجوی دکتری دانشکده منابع طبیعي دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعي ساری دانشیار دانشکده منابع طبیعي دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعي ساری تاریخ دریافت: 939/2/ تاریخ پذیرش: 934/8/ چکیده بهدلیل کمبود اطالعات در اکثر حوزههای آبخیز بسیاری از محققین برای مطالعات هیدرولوژیکي و سیلخیزی به استفاده از تجزیه و تحلیلهای مکاني در سیستم اطالعات جغرافیایي روی آوردهاند. پژوهش حاضر بهمنظور تهیه نقشههای احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني از پارامترهای طبقات ارتفاعي درصد شیب انحنای زمین شاخص رطوبت توپوگرافي توان آبراهه میانگین بارندگي فاصله از رودخانه سنگشناسي نوع خاک و کاربری اراضي در حوزه آبخیز پل دوآب شازند انجام شد. ابتدا نقشه رقومي تمامي پارامترها با استفاده از نرمافزارهای Arc GIS. و نرمافزار و SAGA GIS 2 ENVI 4.8 با فرمت رستری تهیه شدند. برای تهیه نقشه کاربری اراضي از تصویر ماهواره IRS-C و الگوریتم حداکثر احتمال استفاده شد. سپس موقعیت جغرافیایي 3 نقطه سیلگیر در منطقه بر اساس اطالعات سیالبهای اردیبهشت ماه 982 اردیبهشت ماه 989 و اسفند ماه 989 تهیه شد. نقاط بهصورت تصادفي به گروههایي متشکل از 89 نقطه )9 درصد( و 28 نقطه )9 درصد( بهترتیب برای واسنجي و اعتبارسنجي تقسیم شدند. مجموعه نقاط گروه واسنجي بهعنوان متغیر وابسته و پارامترهای تاثیرگذار بر سیل بهعنوان متغیر مستقل به روش نسبت فراواني معرفي شدند. سپس احتمال رخداد سیل برای هر طبقه از هر پارامترها محاسبه شد. در نهایت وزنهای بهدست آمده برای هر طبقه در سیستم اطالعات جغرافیایي )GIS( در الیههای مربوطه اعمال شده و با استفاده از توابع رویهمگذاری نقشههای حساسیت و احتمال سیل منطقه مورد مطالعه بهدست آمد. بر اساس نقشه پتانسیل منطقه به پنج طبقه با حساسیت خیلي زیاد زیاد متوسط کم و خیلي کم تقسیم شد. نتایج هیستوگرام ارزیابي روش نسبت فراواني نشان داد که احتمال حضور نقاط سیلگیر گروه اعتبارسنجي دادهها در طبقه خیلي زیاد برابر با 89/88 درصد و برای طبقه خیلي کم این عدد برابر با صفر ميباشد. بنابراین هیستوگرام مربوطه تاییدکننده روش نسبت فراواني در تهیه نقشه حساسیت سیل در منطقه مورد پژوهش ميباشد. واژههای کلیدی: الگوریتم حداکثر احتمال نسبت فراواني هیستوگرام ارزیابي SAGA GIS Arc GIS مقدمه روند رو به افزایش سیل در سالهای اخیر حاکي از آن است که اکثر مناطق کشور در معرض تهاجم سیالبهای ادواری و مخرب قرار دارند و ابعاد خسارات و تلفات جاني و مالي سیل افزایش یافته است. چنانچه ابعاد و گستردگي پیامدهای وقوع سیل )مستقیم و * مسئول مکاتبات: kaka.shahedi@gmail.com
تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /83 غیرمستقیم( از لحاظ اقتصادی مورد ارزیابي قرار گیرد آنگاه پرداختن به مسائلي چون سیل در اولویت قرار ميگیرد. بنابراین برای پیشگیری و مهار سیالب باید در درجه سیل سیل دارند اول شناسایي مناطقي تعیین شوند. که و سپس پتانسیل عوامل در تولید باالیي تولید و ایجاد در بروز و یا تشدید سیالب عوامل متعددی دخالت دارند. این عوامل را ميتوان در آبخیز و رودخانه حوزه مورد بررسي کلي دو دسته از عوامل اقلیمي و حوضهای قرارداد. بهطور در ایجاد سیالبها نقش دارند. منشأ بسیاری از سیالبها بهویژه در مناطق خشك و نیمهخشك رگبارهای با شدت زیاد و تداوم نسبتا کوتاه است. بنابراین در بررسي رگبارها باید به تداوم شدت و توزیع زماني و مکاني آنها در بروز سیل شود. از مهمترین توجه عوامل حوضهای ميتوان به کاربری اراضي وضعیت زمینشناسي شیب و شبکه نمود اشاره زهکشي و بهطور کلي عوامل مورفومتریك Khosroshahi( Saghafian و Saghafian و همکاران 29 Roughani.)29 28 و همکاران در مدیریت سیل برخي از این عوامل قابل کنترل هستند که در طرحهای کنترل سیل بیشتر باید آنها را مد نظر قرار داد Miller( و همکاران 22(. تهیه نقشههای پتانسیل سیل و توجه به اهمیت کاهش اثرات آن یکي از اهداف اولیه مدیریت جامع حوزههای آبخیز است. بر این اساس بسیاری از محققین داخلي و خارجي به مطالعه و تهیه نقشههای سیل پرداختند. Besharati و همکاران )29( در اولویتبندی مکاني مناطق سیلخیز در حوزه آبخیز رودک با استفاده از مدل شبیهسازی بارش-رواناب HEC-HMS نقش کلیه زیرحوضهها در هیدروگراف سیل خروجي تعیین و بر اساس آن اولویتبندی را انجام داد. در این تحقیق زیرحوضه کلوکان بهعنوان زیرحوضه سیلخیز شناسایي شد. همچنین نشان داد که نتایج میزان مشارکت زیرحوضهها در سیل خروجي با مساحت آنها رابطه مستقیم ندارد. Kheyrizadeh و همکاران وقوع سیالب در حوزه آ خب از مدل )22( ANP پتانسیل خطر یز مردق چای را با استفاده پهنهبندی کردند و نتیجه گرفتند پنج درصد از سطح حوضه در خطر وقوع سیالب بسیار زیاد و حدود 29 درصد از سطح حوضه در خطر وقوع سیالب زیاد است. این مناطق بیشتر در قسمتهای پاییندست حوضه واقع شدهاند. نامبردگان به استناد نقشه پهنهبندی خطر وقوع سیل حوضه سیلخیزی بیشتر مناطق پاییندست را به همزماني پیوستن دبي دو شعبه اصلي حوضه مورد مطالعه نسبت دادند. Azari و همکاران )23( در تعیین مشارکت زیرحوزههای آبخیز جاغرق در دبي اوج و حجم رواناب بهمنظور اولویتبندی در کنترل سیل و با حذف متوالي زیرحوضههای مختلف از جریان شبیهسازی شده میزان سهم زیرحوضهها را در دبي اوج در خروجي حوضه تعیین کردند. نتایج مطالعه نشان داد که 88/8 درصد کاهش دبي اوج و 8/38 درصد کاهش حجم سیالب برای دوره بازگشتهای 2 سال متعلق به چهار زیرحوضه باالدست و میاني بوده و حال آنکه یکي از زیرحوضههای مشرف به خروجي حوضه دارای اولویت نخست در تولید و مشارکت سیالب به ازای واحد سطح بوده است. )23( نقشه سیلخیزی و محدوده- Pradhan های خطر سیل را با استفاده از دادههای شیب توپوگرافي شبکه زهکشي خاک پوشش زمین مقدار بارش مقدار تجمع جریان و سیلهای تاریخي از طریق تصاویر ماهوارهای )RADARSAT( بهصورت الیههای رقومي در سیستم اطالعات جغرافیایي تهیه کرد. از همپوشاني الیههای مذکور و استخراج ضرایبي مناطق سیلخیز را در چهار دامنه خطر باال متوسط کم و بدون خطر سیل تعیین کرد. و Tehrany همکاران )24( به شناسایي نقاط سیلگیر بر اساس وقوع سیلهای گذشته و پارامترهای موثر بر وقوع آنها با استفاده از روشهای ترکیبي مانند درخت تصمیمگیری رگرسیون لجستیك و ماشین بردار پشتیبان پرداختند. نتایج تحقیق آنها حاکي از آن بود که روشهای وزن معیارها )WoE( و توابع پایه شعاعي ماشین بردار )RBF-SVM( )بهترتیب دارای سطح زیرمنحني یا با بیشترین صحت 38/48 و AUC 3/89 درصد( در ارزیابي پتانسیل سیل بهعنوان روشهای برگزیده در منطقه انتخاب شدند. روشهای هیدرولوژیکي مختلفي برای ارزیابي سیلخیزی حوزههای آبخیز وجود دارد که از آنجمله
9/ نشریه علمي- پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 Morelli ميتوان به مدلهای بارش-رواناب HEC-( ANUGA IHACRES HMS Knebl( و )WBNM اشاره کرد و همکاران 2( ولي با توجه ماهیت این مدلها در مدلسازی بارش-رواناب ميتوان بیان داشت که مدلهای مذکور برای تحلیلهای جامع رودخانهها و مناطق تحت مشکل آبگرفتگي مناسب نیستند. از این رو بسیاری از محققین همکاران 24 Tehrany( Pradhan و و همکاران 24( برای مطالعات هیدرولوژیکي و سیلخیزی به استفاده از تجزیه و تحلیلهای مکاني در قالب سیستم اطالعات جغرافیایي )GIS( روی آوردهاند. بنابراین روشه یا بهکاربرده شده بهمنظور بررسي و تعیین نقشههای پتانسیل سیل طي سالهای اخیر شامل روش نسبت فراواني آنالیزهای چند متغیره WoE آماری یا وزن معیارها در GIS فرایند تحلیل سلسله مراتبي روش ماشین بردار پشتیبان و درخت تصمیمگیری ميباشند Tehrany( و همکاران 2 و همکاران 24 Greenwood و همکاران 24(. از اینرو با توجه به مطالب فوق و کمبود اطالعات و دادههای دارای کیفیت مناسب در اکثر حوزههای آبخیز کشور ارائه روشي نوین برای ارزیابي پتانسیل سیلخیزی حوزههای آبخیز بسیار حائز اهمیت است. بنابراین هدف اصلي تحقیق حاضر ارزیابي کارایي روش نسبت فراواني در ارائه نقشههای احتمال و حساسیت سیل در حوزه آبخیز پل دوآب شازند ميباشد. مواد و روشها منطقه مورد پژوهش: حوزه آبخیز پل دوآب شازند با مساحتي بالغ بر 94 کیلومترمربع و مختصات جغرافیایي " 4' 43 تا 2" 2' 43 شرقي و 42" 44' 99 تا 9" 2' 94 شمالي یکي از زیرحوضههای دریاچه نمك است که سیلهای فراواني در آن اتفاق ميافتد )شکل (. شکل - موقعیت حوزه آبخیز پل دوآب شازند و نقاط سیلگیر برای مراحل واسنجي و اعتبارسنجي روش نسبت فراواني اقلیم حوضه با استفاده از روش آمبرژه و بر اساس ایستگاه تبخیرسنجي قدمگاه که در داخل حوضه قرار دارد در طبقه نیمهخشك معتدل تا نیمهخشك سرد قرار دارد. بهطوری که بیشینه دمای آن در تیر ماه
تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /9 برابر با 42/ درجه سلسیوس و کمینه آن در دی ماه برابر با 2/9- درجه سلسیوس ميباشد. نزوالت جوی در این منطقه عمدتا از نوع باران و برف ميباشد و مقدار متوسط ساالنه آن طبق آمار 9 ساله ایستگاه- های داخل حوضه )مزرعه خاتون قدمگاه عمارت و آستانه( برابر 49/2 میليمتر ميباشد. توزیع زماني بارندگي در ماههای مختلف سال متفاوت است بهطوری که ميتوان ماههای تیر مرداد و شهریور را از ماههای کم باران و آبان آذر و فروردین را از ماههای پر باران سال به حساب آورد. انتخاب پارامترهای موثر در تهیه نقشههای پتانسیل سیل: عوامل زیادی از جمله بارندگي کاربری اراضي شیب زمین خاکشناسي و غیره بر وقوع سیل در حوزههای آبخیز تأثیرگذارند. در پژوهش حاضر پیش فاکتورهای طبقات ارتفاعي درصد شیب انحنای زمین شاخص رطوبت توپوگرافي توان آبراهه میانگین بارندگي فاصله از رودخانه سنگشناسي نوع خاک و کاربری اراضي بهمنظور تهیه نقشه پتانسیل سیل حوزه آبخیز پل دوآب شازند انتخاب شدند و نقشههای رستری آنها با اندازه سلول 2 متر تهیه شدند. در بین این پارامترها برخي اطالعات ژئومورفولوژیکي از حوضه در اختیار ما قرار ميدهند که شامل نقشه شیب مي- Curvature و TWI SPI باشند و در تقسیمبندی دیگر نیز شاخصهای مرتبط با آب را شاخصهای TWI و SPI Tehrany( و همکاران 24(. بیان داشتند نقشه طبقات ارتفاع زمین بر اساس مدل رقومي ارتفاع و با کمك نرمافزار ArcGIS. تهیه شد. در نهایت نقشه ارتفاع حوزه آبخیز پل دوآب شازند به ده طبقه گروهبندی شد. نقشه شیب زمین بهدلیل تأثیر مستقیم بر رواناب سطحي یکي از عوامل مهم در وقوع سیل حوزههای آبخیز به شمار ميرود. این نقشه با تکیه بر مدل رقومي ارتفاع )با قدرت تفکیك 2 متر( و نرمافزار ArcGIS. تهیه و سپس به پنج طبقه تقسیمبندی شد. انحنای زمین یکي از پارامترهای مکاني مورد استفاده در تهیه نقشههای پتانسیل سیل حوزههای آبخیز است Tehrany( و همکاران 2(. نقشه انحنای زمین بر اساس مدل رقومي ارتفاع )با قدرت تفکیك 2 متر( و نرمافزار ArcGIS. تهیه شد. نقشه مزبور به سه طبقه انحنای مقعر انحنای محدب و تخت )بدون انحنا( تقسیمبندی شد. شاخص رطوبت توپوگرافي ( )TWI یکي از شاخصهای تاثیرگذار بر وقوع و پتانسیل سیل در حوزههای آبخیز بهشمار ميرود. شاخص رطوبت توپوگرافي با توجه به رابطه زیر تعریف مي- شود Pourghasemi( و همکاران 22 Tehrany و همکاران )29 برای تهیه این نقشه از نرمافزار SAGA GIS 2 استفاده شد. نقشه حاصل به پنج طبقه تقسیم شد. A S TWI Ln tan ) ( که در آن AS سطح ویژه حوزه آبخیز و β شیب زمین )درجه( ميباشند. شاخص توان آبراهه )SPI 2 ( پارامترهای مهم در پتانسیل سیلخیزی آبخیز بهشمار ميرود و Pourghasemi( همکاران و همکاران یکي از شاخصهای حوزههای از رابطه زیر تعریف ميگردد 24 Tehrany )29 SAGA GIS 2 تقسیم شد. و برای تهیه این نقشه از نرمافزار استفاده شد. نقشه حاصل به ده طبقه SPI A tan ) 2( S بهمنظور تهیه نقشه میانگین بارندگي از دادههای بارندگي 9 ایستگاه بارانسنج )در داخل و خارج از حوضه( در دوره زماني 99-988 استفاده شد. پس از بررسي دقت روشهای مختلف درونیابي در نرمافزار ArcGIS. نقشه توزیع میانگین بارندگي ساالنه حوزه آبخیز پل دوآب شازند بر اساس روش کریجینگ معمولي )بهدلیل وجود کمترین خطا( تهیه شد. نقشه حاصل نیز به طبقه پنج فاصله از تقسیمبندی شد. رودخانهها یکي از مهمترین عوامل تاثیرگذار در سیل- گرفتگي اراضي حاشیه رودخانهها ميباشد Tehrany( و همکاران 2(. نقشه مذکور با استفاده از دستور Multiple Ring Buffer و نرمافزار ArcGIS. تهیه و به شش طبقه تقسیم شد. زمینشناسي بهدلیل تأثیر مستقیم بر میزان نفوذپذیری و رواناب سطحي یکي از عوامل مهم در پدیده سیل حوزههای آبخیز است. نقشه زمینشناسي حوزه آبخیز پل دوآب شازند از Topographic Wetness Index 2 Stream Power Index
92/ نشریه علمي- پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 اداره کل منابع طبیعي استان مرکزی تهیه شد. سپس IRS-C الیه وکتوری نقشه مزبور با فرمت رستری و اندازه پیکسل 2 متر با استفاده از نرمافزار ArcGIS. تهیه و نقشه حاصل به چهار طبقه تقسیمبندی شد 2(. نقشه نوع خاک نیز از اداره کل Varvani( منابع طبیعي استان مرکزی تهیه و الیه وکتوری نقشه مزبور نیز با فرمت رستری و اندازه پیکسل 2 متر با استفاده از نرمافزار ArcGIS. ایجاد شد. نقشه حاصل به شش طبقه تقسیم شد. کاربری اراضي نتیجه روابط متقابل پارامترهای اجتماعي-فرهنگي و توان بالقوه سرزمین است. تغییرات در کاربری و پوشش اراضي نتایج چشمگیری در پتانسیل سیلخیزی حوزههای آبخیز دارد 2(. نقشه کاربری اراضي Mohammad Esmaeil( حوزه آبخیز پل دوآب شازند با استفاده از تصویر سنجنده LISS-III-P6-28 مربوط به ماهواره هندی )بر گرفته از سازمان جغرافیایي نیروهای مسلح( تهیه شد. سنجنده LISS III دارای چهار باند طیفي ميباشد که در در آن برخالف سنجندههای II LISS و LISS I یك باند مادون قرمز میاني جایگزین باند آبي-سبز )کانال سنجندههای LISS II و I )LISS شده است. دامنههای طیفي برای III-LISS عبارتند از /3-/2 /82-/88 /99-/88 و /-/9 میکرومتر است. سنجنده پانکروماتیك یك تصویربردار تك کاناله )/-/9( با توان جداسازی مکاني پنج متر فراهم ميآورد Amini( 2(. نقشه کاربری اراضي با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال و طبقهبندی نظارت شده در محیط نرمافزاری ENVI 4.8 به شش طبقه کشاورزی دیم و آبي مراتع باغات اراضي فاقد پوشش گیاهي و اراضي مسکوني تقسیمبندی شد.)24 Darabi( و همکاران ماهواره لندست -9 سنجنده + ETM * IRS-LISSIII جدول - تصاویر مورد استفاده و مشخصات آنها قدرت تفکیك مکاني )m( تاریخ شماره گذر شماره ردیف 98 48 88 88 2/9/2 28/8/8 28 29/ * تصویر این سنجنده صرفا جهت تصحیح هندسي تصویر سنجنده IRS-LISS III استفاده شد. بررسی آمار سیل : بهمنظور تهیه نقشههای حساسیت و احتمال سیل تجزیه و تحلیل سیلهای ثبتشده ضروری است. حوزه آبخیز پل دوآب شازند در دهههای اخیر بهشدت تحت تأثیر سیلهای خطرناک بوده است. بنابراین یك نقشه از موقعیت جغرافیایي و 3 نقطه سیلگیر در منطقه بر اساس اطالعات شرکت آب منطقهای استان مرکزی تهیه شد )سیالب اردیبهشت ماه 982 اردیبهشت ماه 989 سیالب اسفند ماه.)989 این مجموعه بهصورت تصادفي به یك گروه متشکل از 89 نقطه )9 درصد( برای واسنجي و یك گروه متشکل از 28 نقطه )9 درصد( برای اعتبارسنجي تقسیم شدند. موقعیت نقاط سیلگیر در شکل ارائه شده است. تعیین نسبت فراوانی طبقههای پارامترهای مورد استفاده: مجموعه نقاط سیل گروه واسنجي بهعنوان متغیر وابسته و پارامترهای انتخاب ارتفاعي )طبقات شده شیب و...( بهعنوان متغیرهای مستقل به روش نسبت فراواني معرفي شدند. با استفاده از تکنیك نسبت فراواني احتمال رخداد سیل قرار گرفته در هر طبقه برای تمام پارامترها محاسبه شد. تکنیك نسبت فراواني نشاندهنده احتمال حضور یك پدیده با مشخصاتي ویژه است. بهمنظور تعیین میزان تأثیر هر طبقه از هر متغیر مستقل از رابطه )9( استفاده مي- شود. W F i i ) 9( P i که در آن W i میزان تاثیر هر طبقه از هر پارامتر Fi درصد نقاط قرار گرفته در طبقه i و Pi درصد پیکسلهای طبقه i روابط )4( و )( بهدست ميآید. در کل حوزه آبخیز است و از n Fi ) 4( N Flood inventory
تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /99 a Pi ) ( A که در آنها n تعداد نقاط سیل در طبقه i N تعداد کل نقاط سیل a تعداد پیکسلهای طبقه و A i تعداد کل پیکسلهای حوزه آبخیز پل دوآب شازند ميباشد. در نهایت نرخهای بهدست آمده برای هر طبقه در سیستم اطالعات جغرافیایي )GIS( در الیههای مربوطه اعمال شده و با استفاده از تابع رویهمگذاری Overlay( )Weighted نقشه پیشبیني پتانسیل سیل حوزه آبخیز گلستان بهدست آمد. اعتبارسنجی نقشههای پیشبینی پتانسیل سیل: بهمنظور اعتبارسنجي نقشه پیشبیني پتانسیل سیل مجموعه نقاط اعتبارسنجي )28 نقطه 9 درصد مجموع نقاط( استفاده شدند. در این مرحله 28 نقطه در محیط GIS با نقشه حساسیت سیل رویهمگذاری شدند سپس با استفاده از دستور Sample هر کدام از نقاط که در طبقات نقشه پیشبیني قرار گرفتند نمونهبرداری شدند و بدین ترتیب صحتسنجي نقشه پیشبیني و با استفاده از هیستوگرام فراواني وقوع نقاط سیلگیر انجام شد. نتایج و بحث نقشههای پارامترهای موثر در وقوع سیل: نقشه پارامترهای ورودی روش نسبت فراواني شامل طبقات ارتفاعي درصد شیب انحنای زمین شاخص رطوبت توپوگرافي توان آبراهه میانگین بارندگي فاصله از رودخانه سنگشناسي نوع خاک و کاربری اراضي در شکل 2 ارائه شده است. نقشه الف( طبقات ارتفاعي ب( درصد شیب پ( انحنای زمین ت( شاخص رطوبت توپوگرافي ج( نقشه توان آبراهه چ( میانگین بارندگي ح( فاصله از رودخانه خ( سنگشناسي د( نوع خاک و ز( کاربری اراضي شکل ۲-
94/ نشریه علمي- پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 وزن تأثیر هر طبقه از پارامترهای مؤثر در پتانسیل سیل: تجزیه و تحلیلهای مقایسهای بین موقعیت وقوع سیلهای گذشته و پارامترهای محیطي موثر بر وقوع سیل انجام گرفت و بر اساس آن وزن تأثیر هر طبقه از پارامترها بهدست آمد. وزن تأثیر )Wi( هر یك از طبقههای پارامترهای انتخاب شده برای تکنیك نسبت فراواني در جداول 2 و 9 ارائه شده است. همانطور که از جدول 2 پیداست برای پارامتر طبقات ارتفاعي بیشترین وزن مربوط به طبقه اول )محدوده ارتفاعي 88-3 متر( ميباشد. برای متغیر شیب نیز بیشترین وزن مربوط به طبقه اول )محدوده صفر تا پنج درصد( ميباشد. در نقشه انحنای زمین بیشتر وزن را اراضي مسطح به خود اختصاص دادهاند. در شاخص رطوبت توپوگرافي طبقه آخر دارای بیشترین وزن ميباشد. همچنین در پارامتر مربوط به توان آبراهه طبقه هفتم دارای بیشترین تاثیر ميباشد. عامل طبقات ارتفاعي جدول ۲- نسبت فراواني بین وقوع سیلهای گذشته و پارامترهای مؤثر بر وقوع سیل طبقه )i( درصد پیکسلها )Pi( تعداد وقوع سیل )n( درصد وقوع سیل وزن تأثیر )W i ( 2/98 /49 /9 /38 /99 /9 /82 /9 /3 /2 /69 /29 /8 /8 /94 /38 2/94 9/89 /83 /3 /88 2/9 8/3 8/98 )Fi( 28/89 2/3 28/89 2/3 4/48 8 4 8 4 9 /98 4/98 28/ 2/89 9/42 88-3 3-2 2-2 2-29 29-24 24-28 28-29 29-23 23-9 9-9999 )m( شیب )درصد( انحنای زمین شاخص رطوبت توپوگرافي شاخص توان آبراهه 8/9 /4 /43 /43 /43 9 9 43/88 2/94 8/4 8/99 2/88 - - - -2 < 2 انحنای محدب تخت )بدون انحنا( انحنای مقعر /94 85/7 2/99 2/33 29/88 99/9 2/3 4/39 29/88 9/49 23/8 2/3 /4 /43 8 57 2 2 8 2 4 8 3 2 4 9 34/7 65/95 6/7 9/38 92/3 3/9 8/3 9/8 94/98 22/83 99/84 8/2 /82 /4 /2 / -9 9- -9 9-3 3-9 -/ /-/9 /9-/9 /9-9 9- -9 9- -8 8- -2/
تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /9 جدول 9 نیز وزن هر طبقه از بقیه پارامترهای سیل را نشان ميدهد. در مورد میانگین بارندگي طبقه چهارم )محدوده بارندگي 4-49 میليمتر( دارای بیشترین وزن ميباشد. در پارامتر فاصله از رودخانه اراضي که نزدیكترین فاصله تا آبراهه )طبقه اول حریم صفر تا متر( دارند دارای بیشترین وزن ميباشند. در مورد عامل سنگشناسي و خاک نیز بهترتیب طبقههای سوم و چهارم دارای بیشترین وزن ميباشد. در نهایت کاربری باغات نیز دارای بیشترین وزن در متغیر کاربری اراضي ميباشد. عامل میانگین بارندگي )mm( فاصله از رودخانه )m( سنگشناسي خاک کاربری اراضي جدول 3- نسبت فراواني بین وقوع سیلهای گذشته و پارامترهای مؤثر بر وقوع سیل طبقه )i( درصد پیکسلها )Pi( تعداد وقوع سیل )n( درصد وقوع سیل وزن تأثیر )Wi( /83 /93 /24 /4 /9 9/3 /48 /98 /2 / /2 /49 /93 /49 /98 /9 /38 2/8 9/4 /89 2/89 4/9 /8 /28 / /88 بدون )Fi( /43 4/39 29/88 23/8 23/8 9/84 9/48 /4 2/33 /43 /39 9/48 89/8 8/38 8 2 2 48 9 2 4 8 8 /89 8/3 3/9 2/2 3/93 8/98 /48 9/92 /39 3/39 9/8 9/9 8/23 2 /98 28-92 92-99 99-4 4-49 <49 - - - -2 2-2 <2 Kshi, Jssh, Jsh, jph, jms, Js, Ks, kd Qt, Qt2 k, K, Km, Km, Kmc, Kmm, Kms, Ks g, gd تکامل ریگوسل و واریزهای بدون فرسایشیافته خاکهای یخبندان خاکهای سنگالخي تکامل-درشت حمل ثانویه ولینوسل شده یا بافت- اثر در ثانویه حمل شده به کمك سیل ودرشت بافت یا سنك تحول کم-سنگریزه داربا شیب زیاد نیمه تحولیافته-سنگریزهدار-شیب کم رسوب حمل شده کشاورزی آبي باغات کشاورزی دیم مرتع اراضي فاقد پوشش گیاهي اراضي مسکوني 8/38 9/48 99/9 4/93 2/33 /43 /22 9/49 2/3 /39 /43 2/33 8 2 28 2 99 3 4 4 2 2/9 9/38 98/88 3/99 /84 /8 2/92 2/38 99/89 22/8 4/4 /8 تهیه نقشه پیشبینی پتانسیل سیل: در نهایت وزنهای بهدست آمده برای هر طبقه در سیستم اطالعات جغرافیایي )GIS( در الیههای مربوطه اعمال شده و با استفاده از توابع رویهمگذاری نقشههای
98/ نشریه علمي- پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 حساسیت و احتمال سیل حوزه آبخیز پل دوآب شازند بهدست 9 آمد. بر این اساس نقشههای پیشبیني پتانسیل سیل حوزه آبخیز پل دوآب شازند در شکلهای 9 و 4 ارائه شده است. همانطور که از شکل پیداست بیشترین درصد اراضي مربوط به خیلي زیاد ميباشد که مساحتي بالغ بر طبقه 49/29 کیلومترمربع را به خود اختصاص داده است. بقیه طبقهها نیز بهترتیب طبقه خیلي کم کم متوسط و زیاد دارای وسعتي معادل 233/99 432/8 92/38 و 488/2 کیلومترمربع ميباشند. نیز 4 شکل نقشه احتمال وقوع سیلگرفتگي را نشان ميدهد. همانطور که از این شکل پیداست اراضي با شیب کم دارای بیشترین احتمال سیل- گرفتگي ميباشند. اراضي کوهستاني و مرتفع دارای کمترین احتمال وقوع سیلگرفتگي ميباشند. ارزیابی دقت نقشه پیشبینی استعدد سیل: بهمنظور ارزیابي دقت نقشه پیشبیني حساسیت سیل از مجموع نقاط گروه اعتبارسنجي استفاده شد که نتایج آن بهصورت هیستوگرام در شکل ارائه شده است. تفسیر هیستوگرام به این صورت ميباشد که در محور افقي هر یك از طبقات مربوط به نقشه حساسیت قرار گرفته است و در محور عمودی درصد هریك از مساحت طبقات و همچنین سیلهای اتفاق افتاده در داخل هر طبقه درصد وقوع از نقشه حساسیت سیل درج شده است. با توجه به اینکه 28 نقطه انتخاب شده جهت صحتسنجي در واقع نشان- دهنده شرایط وقوع سیل ميباشند بنابراین احتمال حضور این نقاط در طبقههای با حساسیت بیشتر )یعني طبقههای خیلي زیاد و زیاد( و حتي در طبقه متوسط نیز دیده شوند. بنابراین با توجه به شکل 8 مشخص ميشود که احتمال حضور نقاط سیلگیر گروه اعتبارسنجي دادهها در طبقه خیلي زیاد برابر با 89/88 درصد و برای طبقه خیلي کم این عدد برابر با صفر درصد ميباشد. این در حالي است که مساحت هر کدام از این بهترتیب طبقهها 29/2 و 4/2 درصد از مساحت کل را شامل ميشوند. بنابراین هیستوگرام مربوطه تاییدکننده روش نسبت فراواني در تعیین نقشه حساسیت سیل منطقه مورد پژوهش ميباشد. در شکل 3- نقشه طبقات حساسیت سیل در منطقه مورد مطالعه
درصد تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /99 شکل 4- نقشه احتمال وقوع سیل در منطقه مورد پژوهش 9 8 درصد وقوع سیل های آزمایشي درصد سطح طبقه پتانسیل 89/88 4 9 2 28/99 4/23 9/28 9/88 28/38 29/2 4/2 / / خیلي زیاد زیاد متوسط کم خیلي کم شکل 5- هیستوگرام ارزیابي صحت نقشه حساسیت سیل در حوزه آبخیز پل دوآب شازند نتایج این تحقیق نشان داد که با تلفیق سامانه اطالعات جغرافیایي )GIS( و عوامل موثر بر شرایط وقوع سیل و دادههای تاریخي سیلهای ثبت شده ميتوان اثر متقابل عوامل موثر بر پتانسیل سیلخیزی حوزههای آبخیز را مورد بررسي قرار داد. سامانه اطالعات جغرافیایي یکي از ابزارهای قدرتمند تحلیل و نمایش دادههای مکاني در زمینه مدیریت حوزههای آبخیز ميباشد که پیش عوامل موثر بر پتانسیل سیل در حوزه آبخیز پل دوآب شازند از قبیل طبقات ارتفاعي درصد شیب انحنای زمین شاخص رطوبت توپوگرافي توان آبراهه میانگین بارندگي فاصله از رودخانه ژئولوژی نوع خاک و کاربری اراضي در GIS محیط با تکیه بر نقشه مدل رقومي ارتفاع منطقه استخراج شدند. سپس پارامترهای استخراج شده بهمنظور تهیه نقشههای پتانسیل سیل استفاده شدند. از میان عوامل موثر بر دبي سیالب ویژگيهای فیزیکي حوضه به سبب پایداری و تغییرپذیری بسیار ناچیز نسبت به سایر عوامل از اهمیت خاصي برخوردار
98/ نشریه علمي- پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 8 شماره 93 است Rohani( و همکاران 2(. این خصوصیات بهطور مستقیم بر رژیم هیدرولوژیکي و بهطور غیر مستقیم بر آب و هوای منطقه تاثیر ميگذارند. بهعبارت دیگر شرایط فیزیوگرافي و توپوگرافي اثر تعیینکنندهای بر خصوصیات هیدرولوژیکي و رژیم آبي از جمله میزان تولید آبي ساالنه حجم سیالب ضریب رواناب شدت و ضعف دبي سیالبها بیالن آبي یك حوضه ذوب برف تغذیه آبهای زیرزمیني میزان رسوب تولیدی شدت فرسایش خاک و همچنین بر عوامل اقلیمي مانند درجه حرارت و تغییرات آن نوع و میزان بارش جوی سالیانه میزان تبخیر وتعرق اکولوژی و پوشش گیاهي و غیره اثر دارند. لذا همانطور که داشتند Darabi و همکاران )2( بیان آگاهي از خصوصیات مورفومتریك یك حوضه همراه با داشتن اطالعات از شرایط آب و هوایي منطقه ميتواند تصویر نسبتا دقیقي از کارکرد کمي و کیفي سیستم هیدرولوژیك وضعیت حاکم بر آن را حوضه و همچنین از نقطه نظرهای مختلف بهدست آورد. یافتههای این پژوهش حاکي از آن است که دقت تکنیك دارای استعداد سیل نسبت فراواني در شناسایي مناطق حوزه آبخیز پل مناسب ميباشد. بنابراین استفاده از دوآب شازند نسبت تکنیك فراواني در ارزیابي خطر سیلگرفتگي مفید و قابل اعتماد است که با نتایج مطالعات Tehrany )24( و همکاران مطابقت دارد. رویکرد ارائه شده در این تحقیق در واقع کاربرد برخي متغیرهای موثر بر وقوع سیل که این پارامترها برآیند عوامل مختلف محیطي و انساني است که بر اساس نقشه پیشبیني خطر سیل ارائه شده ميتوان اقدامات مدیریتي مناسبي جهت کاهش خسارتها و تلفات ناشي از سیل انجام داد. در نهایت بهکارگیری تکنیك نسبت فراواني و سیستم اطالعات جغرافیایي بهمنظور بررسي پتانسیل و استعداد سیل مخصوصا در کشورهای در حال توسعه که دسترسي به اطالعات و دادههای هیدروژئولوژیکي و ادافیکي با مشکل و محدودیت مواجه است پیشنهاد ميشود. از آنجایي که سیل بهعنوان یك پدیده فاجعه انگیز در کل جهان شناخته شده است. بنابراین تهیه نقشه حساسیت سیل بهمنظور مدیریت بهتر حوزههای آبخیز امری حیاتي و اجنتابناپذیر ميباشد. ارزیابي حساسیت سیل توسط بسیای از محققین انجام شده است. در بین این تحقیقات نیاز به یك روش جامع و قابل اعتماد جهت شناسایي مناطق مستعد سیل بیش از پیش احساس ميشود. بنابراین روشهای مختلف )مثل روش رگرسیون لجستیك روش ماشین بردار پشتیبان WofE درخت تصمیمگیری در تعامل با تکنیك سنجش از دور( بهصورت تلفیقي بهمنظور شناخت مناطق مستعد سیل در مطالعات آینده پیشنهاد ميشود تا نتایج حاصل از آنها با اطمینان بیشتری در کارهای مدیریتي و اجرایي مورد استفاده قرار گیرد. منابع مورد استفاده. Amini, J. 2. Computer processing of remotely sensed images. Tehran University Press, 576 pages (in Persian). 2. Azari, M., H.R. Sadeghi and A. Telvari. 29. Determining of sub-watershed contribution in peak flows and runoff volume in to prioritize in flood control. Geography and Development Iranian Journal, 2: 99-23 (in Persian). 3. Besharati, R. 27. Prioritization of areas prone to flooding using in rainfall-runoff simulation HEC- HMS model in Roodak Watershed. MSc Thesis, University of Agriculture and Natural Resources of Sari, 6 pages (in Persian). 4. Darabi, H., K. Shahedi, K. Solaimani and M. Miryaghoubzadeh. 24. Prioritization of subwatersheds based on flooding conditionsusing hydrological model, multivariate analysis and remote sensing technique. Water and Environment Journal, 28(3): 382-392. 5. Darabi, H., K. Solaimani and S. Faryadi. 2. The effects of physiographic factors on hydrological characteristics, case study: Maarch Sub-basin of Nourrood Watershed. 2nd International Symposium on Climate Change and Dendrochronology in Caspian Ecosystems, Sari University, 8 pages (in Persian). 6. Greenwood, J.B., G. Schoups, E.d. Campbell and N.J.L. Patrick. 24. Bayesian scrutiny of simple rainfall runoff models used in forest water management. Journal of Hydrology, 52: 344-365.
تهیه نقشههای خطر احتمال و حساسیت سیل با استفاده از روش نسبت فراواني در حوزه آبخیز پل دوآب شازند /93 7. Khosroshahi, M. and B. Saghafian. 26. Prioritization of flooding condition, strategy for flood control and measurements in watersheds. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 2: 2-9 (in Persian). 8. Kheyrizadeh, M., J. Maleki and H. Amounia. 22. Flood hazard zoning using ANP model in watershed, case study: Mardaghchay Watershed. Quantitative Geomorphological Researches, 3: 39-56 (in Persian). 9. Knebl, M.R., Z.L. Yang, K. Hutchison and D.R. Maidment. 25. Regional scale flood modeling using NEXRAD rainfall, GIS and HEC-HMS/RAS, a case study for the San Antonio River Basin Summer 22 storm event. Journal of Environmental Management, 75: 325-336.. Miller, S.N., W.G. Kepner, M.H. Mehaffey, M. Hernandez, R.C. Miller and D.C. Goodrich. 22. Integrating landscape assessment and hydrologic model for land cover change analysis. Journal of the American Water Resources Association, 38: 95-926.. Mohammad Esmaeil, Z. 2. Monitoring land use changes in Karaj using remote sensing. Soil and Water Research Institute (Soil and Water Sciences), 24: 8-88 (in Persian). 2. Morelli, S., A. Battistini and C. Filippo. 24. Rapid assessment of flood susceptibility in urbanized rivers using digital terrain data: Application to the Arno river case study, Firenze, northern Italy. Applied Geography, 54: 35-53. 3. Pourghasemi, H.R., H.R. Moradi, S.M. Fatemi Aghdas, C. Gokceoglu and B. Pradhan. 22. GISbased landslide susceptibility mapping with probabilistic likelihood ratio and spatial multi-criteria evaluation models (North of Tehran, Iran). Journal of Geosciences, 7: 857-878. 4. Pradhan, B.29. Flood susceptible mapping and risk area delineation using logistic regression, GIS and remote sensing. Journal of Spatial Hydrology, 9: -8. 5. Pradhan, B., U. Hagemann, M. Tehrany Shafapour and N. Prechte. 24. An easy to use ArcMap based texture analysis program for extraction of flooded areas from TerraSAR-X satellite image. Computers and Geosciences, 63: 34-43. 6. Rohani, H., M. Mohseni Saravi and A. Malekian. 25. Identify the most important climate and morphometry factors affecting peak flow and preparing regression model of the east and north-east of Iran. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 3: 99-8 (in Persian). 7. Roughani, M., M. Ghafouri and M. Tabatabaei. 27. An innovative methodology for the prioritization of sub-catchments for flood control. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 9: 79-87. 8. Saghafian, B., H. Farazjoo, H. Sepehri and E. Najafzade. 27. Assessment of land use changes on flooding condition in Golestan dam Watershed. Iran-Water Resources Research, 2: 8-28 (in Persian). 9. Tehrany Shafapour, M., B. Pradhan and M.N. Jebur. 23. Spatial prediction of flood susceptible areas using rule based Decision Tree (DT) and a novel ensemble bivariate and multivariate statistical models in GIS. Journal of Hydrology, 54: 69-79. 2. Tehrany Shafapour, M., B. Pradhan and M.N. Jebur. 24. Flood susceptibility mapping using a novel ensemble weights-of-evidence and support vector machine models in GIS. Journal of Hydrology, 52: 332-343. 2. Tehrany Shafapour, M., B. Pradhan, Sh. Mansor and A. Noordin. 25. Flood susceptibility assessment using GIS-based support vector machine model with different kernel types. Catena, 25: 9-. 22. Varvani, J. 2. Regional analysis of suspended sediment using regression equations in the Gorganroud Watershed. MSc thesis, University of Tehran, 2 pages.