تهیه نقشه شماره منحنی و برآورد ارتفاع رواناب با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در حوضه کارون شمالی

پیشینه و هدف:

 حوضه آبخیز کارون شمالی یکی از زیرحوضه‌های مهم حوضه کارون بزرگ است. در سال‌های اخیر وقوع سیلاب‌های شدید پایین‌دست این حوضه منجر به ایجاد خسارات جانی و مالی زیادی شده است. جهت انجام مطالعه پایه در کنترل و تخفیف سیلاب‌ها تخمین مقدار رواناب تولیدی از بارش گام اصلی و اساسی به شمار می‌رود. تخمین مقدار رواناب یکی از مهم‌ترین مراحل مطالعه هیدرولوژی حوضه‌های آبخیز به‌منظور مدیریت سیلاب، مدیریت منابع آب و فعالیت‌های حفاظت خاک است. رواناب در نتیجه مازاد بارش بر میزان نفوذ در خاک و نگهداشت سطحی تولید می‌گردد و به عواملی مختلفی از جمله خصوصیات فیزیکی حوضه، میزان بارش و نفوذ بستگی دارد. ارتباط بارش-رواناب توسط دانشمندان و محققان مورد بررسی قرار گرفته، و مدل‌های زیادی جهت شبیه‌سازی این فرآیند پیشنهاد شده است. یکی از مدل‌های اولیه و اساسی در این زمینه مدل روش شماره منحنی است که توسط سرویس حفاظت خاک آمریکا پیشنهاد داده شد و شماره منحنی سرویس حفاظت خاک آمریکا یا SCS-CN نامگذاری گردید. مدل SCS-CN یکی از مدل‌های ساده و تجربی در زمینه بارش-رواناب است که به‌طور گسترده در برآورد ارتفاع رواناب در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. شماره منحنی (CN) هر حوضه نشانگر رفتار هیدرولوژیکی و توان تولید رواناب آن حوضه در مواقع بارندگی است و مقدار آن از روی جدول استاندارد برآورد می‌شود که در آن‌ها، خصوصیات خاک با یک عامل هیدرولوژیکی که نشان دهنده حداقل سرعت نفوذپذیری در حالت مرطوب بودن طولانی مدت خاک است، بیان می‌شود. بر این اساس سرویس حفاظت خاک آمریکا تمام خاک‌ها را در چهار گروه اصلی، A، B، C و D به‌ترتیب با شدت نفوذپذیری بالا، متوسط، کم و خیلی کم تقسیم کرده است. با توجه به وقت و زمان مصرفی بالا در محاسبه این روش به‌صورت سنتی و دستی محققان از فناوری‌های سنجش از دور و سامانه اطلاعات مکانی برای محاسبه آن بهره گرفتند. به این منظور الحاقیه‌ای با عنوان ArcCN-Runoff را طراحی که قابلیت اضافه شدن به محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی را دارد. هدف این مطالعه تولید نقشه شمار منحنی (CN) و برآورد ارتفاع رواناب در سطح حوضه کارون شمالی با استفاده از فناوری‌های سنجش از دور (RS) و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش SCS-CN است.

مواد و روش ها:

 حوضه آبخیز کارون شمالی یکی از مهم‌ترین حوزه‌های آبخیز کشور در تامین منابع آبی است که در موقعیت جغرافیایی '35 490 تا '47 510 طول شرقی و '28 300 تا '40 320 عرض شمالی قرار دارد. این حوضه دارای مساحتی حدود 23299.31 کیلومتر‌مربع است که در استان‌های کهگیلویه و بویراحمد، چهارمحال و بختیاری، اصفهان، خوزستان و بخشی از استان فارس گستره دارد. به منظور تولید نقشه‌های شماره منحنی و برآورد ارتفاع رواناب ابتدا نقشه‌های کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 8 سنجنده OLI مربوط به سال 1396  به روش طبقه‌بندی نظارت شده و الگوریتم حداکثر احتمال بدست آمد. سپس لایه خاک و گروه‌های هیدرولوژیکی خاک حوضه بر اساس نقشه خاک جهانی تولید شده توسط سازمان خواروبار و کشاورزی جهانی (فایو) و جدول استاندارد SCS برای گروه‌های مختلف هیدرولوژیکی خاک تهیه گردید. با تلفیق نقشه‌های کاربری اراضی و گروه‌های هیدرولوژیکی خاک با دستور Perform Intersect در الحاقیه ArcCN-Runoff محیط GIS، نقشه شماره منحنی (CN) تولید و بر اساس جدول SCS-CN ویرایش و نهایی گردید. سرانجام، با تولید نقشه توزیع مکانی بارش با روش IDW در سطح حوضه، ارتفاع رواناب یا ارتفاع بارش مازاد از روش SCS-CN بدست آمد. نقشه نهایی ارتفاع رواناب در پنج طبقه‌ خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد تقسیم‌بندی گردید.

نتایج و بحث:

 نتایج نشان داد که سطحی زیادی از حوضه دارای شیب بالای 30 درصد است. شیب را می‌توان مهمترین عامل فیزیوگرافی در تولید رواناب در حوزه‌های آبخیز دانست. بر اساس نقشه کاربری اراضی بیشترین سطح کاربری مربوط به جنگل‌های بلوط زاگرس و مراتع است. با توجه به نوع جنگل‌های بلوط که دارای تراکم کمی هستند و همچنین مراتع ضعیف حوضه بدلیل چرای بیش از حد دام، تولید رواناب در این کاربری‌ها زیاد است. همچنین نقشه شماره منحنی بیانگر آنست که بیشترین و کمترین مقدار شماره منحنی در حوضه 98 و صفر است. در مناطق با شماره منحنی بالا پتانسیل تولید رواناب بالا بوده و این نواحی مربوط به مناطق با پوشش گیاهی ضعیف در حوضه است. مناطق با مقدار بالای شماره منحنی و تولید رواناب زیاد بیشتر مربوط به سازندهای آهکی حوضه شامل سازندهای آهکی بختیاری و آسماری است که ارتفاعات بالای حوضه از جمله کوه‌های دنا را تشکیل داده است. همچنین مناطق با CN متوسط و پایین بیشتر مربوط به کاربری‌های جنگل و مراتع است که پتانسیل تولید رواناب در این کاربری‌ها متوسط است. از طرفی با توجه به اینکه اغلب بارش در ارتفاعات حوضه به‌صورت برف است فرصت نفوذ به داخل خاک فراهم است و در نتیجه مقدار تولید رواناب کمتر است. سازندهای آهکی موجود در حوضه که اغلب ارتفاعات زاگرس را تشکیل داده است از طریق منافذ و شکستگی‌ها بارش در آن‌ها نفوذ پیدا کرده و آب‌های زیرزمینی را تغذیه می‌نماید به همین دلیل است که اغلب در این مناطق با تعداد زیاد چشمه‌ها مواجه هستیم. از طرفی نتایج نقشه رواناب بیانگر این است که ارتفاعات زاگرس که دارای شیب بالایی هستند در تولید رواناب نقش عمده دارند، این مناطق بیشتر در مناطق جنوبی حوضه و جنوب شرق و همچنین شمال غرب حوضه واقع شده‌اند و بر روی نقشه شماره منحنی به رنگ زرد قابل مشاهده هستند.

نتیجه گیری :

سطح وسیعی از حوضه دارای پتانسیل تولید رواناب متوسط است که می‌تواند منجر به ایجاد سیلاب در پایین دست حوضه شود. بنابراین لازم است اقدامات حفاظتی و آبخیزداری در سرشاخه‌ها و مناطقی که شروع جریان رخ داده اجرا شوند. با توجه به اینکه مبنای محاسبات در تهیه نقشه‌های شماره منحنی و ارتفاع رواناب، لایه‌های رستری بوده که هر پیکسل آن دارای ارزش است لذا محاسبات انجام شده و نتایج آن خیلی به واقعیت نزدیک‌تر بوده و در هزینه و زمان صرفه‌جویی می‌شود.