مقدمه

جمعیت جهان به دلیل تغییرات تکنولوژیکی و ایدئولوژیکی به سرعت در حال افزایش است و منابع طبیعی محدود و غیرقابل افزایش سیاره زمین توانایی پاسخگویی به تمامی احتیاجات جوامع بشری را ندارند. امروزه، این افزایش جمعیت تاحدودی موجب استفاده بیش ازحد از طبیعت و همچنین گسترش بدون مطالعه سکونتگاه های انسانی شده است. این دو مساله موجب آسیب هایی در جوامع انسانی می شوند (نظام محله و همکاران، 2013). افزایش جمعیت موجب توسعه سکونتگاه های شهری و روستایی به سمت محدوده های با احتمال خطر بالا و آسیب پذیری بیشتر می شود که هم ویرانی های زیاد و هم در آینده هزینه های بیشتری را برای مقاوم سازی یا جبران خسارات به همراه خواهد داشت (علوی پناه و نظام محله، 2013) و از طرف دیگر از طریق تغییرات در کاربری ها (چن، 2012) موجبات تشدید اثر برخی مخاطرات را فراهم می نماید (جعفربیگلو و همکاران، 1391).  

دو عامل افزایش جمعیت و توسعه انسانی از یک طرف موجب گسترش سکونتگاه ها به سمت پهنه های پر مخاطره و منابع طبیعی با ارزش و از طرف دیگر باعث افزایش تقاضای مسکن، مواد معدنی و تولیدات کشاورزی و به تبع استفاده بیشتر از منابع طبیعی بخصوص در سیلاب دشت ها می شوند. این دو پدیده کاهش توان طبیعت و به تبع آن تغییر رفتار فرایندهای طبیعی را در پی خواهد داشت که این تغییر رفتار در فرایند ها می تواند فرم هایی متفاوت از آنچه در گذشته ایجاد میکرده را به به وجود آورد. این فرایند ایجاد فرم های جدید می تواند همراه با مخاطرات شدیدتر برای جوامع انسانی باشد. از جنبه دیگر، گسترش سکونتگاه ها که نتیجه تغییرات کمی (تعداد جمعیت) و کیفی (ایدئولوژی و فناوری) جوامع انسانی بوده موجب رفتار های متفاوتی در جوامع می شود که به نوبه خود آنها را در برابر این مخاطرات آسیب پذیرتر می نماید.

سالانه خسارات جانی و مالی زیادی بواسطه وقوع مخاطرات طبیعی به سکونتگاه های انسانی تحمیل می شود. مطابق با آمار های پایگاه داده EMDAT تعداد افرادی که از سال 1900 تا سال 2015 در کل جهان در اثر مخاطرات طبیعی جان خود را ازدست داده اند برابر با 35561592 نفر و خسارت مالی در این مدت بیشتر از 2.7 میلیارد دلار گزارش شده است. در همین مدت یعنی از سال 1900 تا سال 2015 تعداد افراد کشته شده در مخاطرات طبیعی در ایران 156280 نفر و کل خسارت مالی بیش از 22 میلیون دلار گزارش شده است (پایگاه داده ای ام دات).

دامنه شمالی رشته کوه البرز از جمله حوضه های آبخیز تالار و تجن خسارات قابل توجه جانی و مالی را در نتیجه وقوع  مخاطرات طبیعی تجربه نموده است. برای مثال، فقط در 15 سال اخیر (2000-2015) چهار رخداد سیل و یک مورد زمین لغزش با خسارات هنگفت در استان مازندران گزارش شد (پایگاه داده ای ام دات). محدوده شمالی دامنه البرز در استان مازندران اکنون دارای تراکم جمعیتی بسیار بالایی نسبت به سایر نقاط ایران می باشد و در آینده نیز به دلیل کمبود آب در سایر نقاط کشور و نیز بدلیل جاذبه های طبیعی این منطقه این تراکم افزایش خواهد یافت که این امر موجب توسعه بیشتر سکونتگاه ها خواهد شد. با توجه به تراکم سکونتگاهی و جمعیتی در این منطقه و نیز شرایط طبیعی مستعد برای بروز مخاطرات ژئومورفولوژی، ارزیابی و مدیریت مخاطرات در این منطقه ضروری می نماید. بدلیل نزدیکی فاصله بین سرچشمه و سطح اساس رودخانه های تالار و تجن وقوع رخدادهای سیل در بسیاری از پهنه ها محتمل می باشد.  

سیلاب در اغلب موارد پدیده غیرقابل پیش بینی و غیرقابل کنترل است که در سال های اخیر فراوانی و شدت آن در حال افزایش است (چن، 2012؛ ونگ و همکاران، 2015). گزارش های سیل هایی با خسارات قابل توجه عبارتند از: سیل شهرستان نکا در مرداد 1378 با بیش از 80 نفر کشته و سیل تابستان 1391 که خسارات و تلفات جانی زیادی داشت. سیل اخیر در تیر 1394 در حوضه رودخانه تالار در سوادکوه، آمل و چالوس که خسارات جانی و مالی بسیار زیادی را موجب شد (گزارش سازمان مدیریت بحران، 1395).

مخاطره سیل توسط افراد مختلف و با روش های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. گرامبویس و همکاران (گرومبویس و همکاران، 2015) در مطالعه خود با عنوان منطقه بندی پارامتری مدل توزیع شده فرایند-محور در خصوص سیلاب ها از مدل مارین[1] استفاده نمودند. این مخاطره با استفاده از مدل جنگل اتفاقی[2] مدلی غیر خطی برای ارزیابی مخاطره سیلاب (ونگ و همکاران، 2015)، از طریق ارزیابی های احتمالاتی با داده های جهانی (مویس و همکاران، 2015)، الگوهای فضایی مکانی آسیب پذیری سکونتگاه ها (هوبارد و همکاران، 2015)، شناسایی سیلاب های شهری با استفاده از مدل های زهکشی طبیعی و فضایی (قهرودی و نظام محله، 2013)، ارزیابی های کمی مخاطره سیل با سناریو های مختلف (آنتونیونی و همکاران، 2015)، و تغییرات فضایی با مدل های GIS (ابوالمغد و همکاران، 2010) مورد بررسی قرار گرفت. ین و همکاران (2015) در پژوهش خود با عنوان مدلسازی تاثیرات انسانی خطرات سیلاب رودخانه ای در شهر های بزرگ ساحلی با یک مطالعه موردی براساس سناریو در شانگ های چین عوامل موثر در سیلاب در سکونتگاه های انسانی را مورد بررسی قرار دادند. آنها افزایش سطح اساس دریاها و رخداد بارندگی های شدید و طوفان ها را که به تغییرات اقلیمی نسبت داده شد به عنوان علت اصلی تشدید عوامل فیزیکی فراوانی و شدت سیلاب بیان داشتند (ین و همکاران، 2015).  

سیلاب تحت تاثیر عواملی از جمله ژئومورفولوژی یک منطقه شکل می گیرد و شبکه رودخانه ای و ویژگیهای حوضه آبریز به عنوان بخش مهمی از ژئومورفولوژی یک منطقه در رخداد سیل موثر می باشند (ژنگ، 2015). بنابراین، در این مطالعه با استفاده از روش های مورفومتری و بررسی زمان تمرکز و دبی اوج جریان و استنباط آماری به بررسی سیل و ارتباط آن با پارامترهای ژئومورفولوژی پرداخته شده است.  

خصوصیات مورفومتری حوضه های آبخیز توسط محققیق زیادی مطالعه شد. هورتون و همکاران در سال 1954 در کتاب هیدرولوژی کاربردی این خصوصیات را همراه با مثال های متعدد بکار بردند. بکا و همکاران (2011) مورفومتری زیرحوضه های پرووانتانام را بررسی و زیرحوضه ها را براساس خوصصیات فیزیوگرافی و مورفومتری پهنه بندی کردند. در مطالعه مشابه با پژوهش بکا، کومار و همکاران (2014) خصوصیات مورفومتری زیرحوضه آپرتون را به منظور مدیریت منابع آب و جلوگیری از سیل و فرسایش تحلیل و بررسی کردند. رحیم زادگان و مریخ پور (1395) نیز در مطالعه حوضه آبخیز کبودراهنگ برخی خصوصیات مورفومتری را بررسی کردند. جعفربیگلو و همکاران (1391) در مطالعه سیلاب شهرستان بهشهر تاثیر خصوصیات فیزوگرافی را در تشدید حادثه سیل مورد بررسی قراردادند.

خصوصیات هیدروگرافی از جمله زمان تمرکز توسط میرزایی و رئوف (1393) در حوضه آتشگاه اردبیل مورد بررسی قرار گرفت و روش های مختلف زمان تمرکز نیز باهم مقایسه شد. ویژگیهای زمان تمرکز در مطالعه ملکیان و همکاران (1391) در پهنه بندی سیل خیزی حوضه اخترآباد مورد بررسی قرارگرفت. سبزواری و همکاران (1388) نیز زمان تمرکز را در حوضه آبخیز کسیلیان که بخشی در داخل منطقه مطالعه این پژوهش است، مورد بررسی قرار دادند.  المیدا و همکاران (2014) زمان تمرکز را با استفاده از روش های مختلف محاسبه و به بررسی این روش ها با یکدیگر پرداختند.

کرکوتی و همکاران (1389) در حوضه قره سو دبی اوج سیل را با روش های کریگر و SCS بررسی و صحت سنجی کردند. زراعتکار و همکاران (1393) دبی پیک را در حوضه های شهری جهت کنترل سیل با روش های مختلف تحلیل دبی اوج برآورد کردند و انواع این روشها و صحت آنها را باهم مقایسه کردند. قهرودی و نظام محله (2013) سیلاب شهر تهران را با استفاده از مدل SCS و ضریب رواناب بررسی کردند.

نرم افزار اکسل آماده برای تحلیل هیدرومتری را می توانید از این لینک دانلود کنید.

پارامترهای مورفومتری حوضه

متغیرهای مورفومتری نقش مهمی در خصوصیات سیل و به طورکلی در مخاطرات هیدروژئومورفولوژی هرحوضه ای ایفا می کنند (کومار و همکاران، 2014؛ هرتون، 1945). با توجه به ارتباط نزدیک متغیرهای فیزیوگرافی در وقوع سیل، می توان بسیاری از خصوصیات و احتمالات وقوع سیل را با توجه به این متغیرها مورد بررسی قرار داد (هرتون، 1945). طیف گسترده ای از متغیرها برای اندازه گیری و کمی کردن خصوصیات فیزیوگرافی حوضه های آبخیز وجود دارد (هرتون، 1945؛ بکا، 2011). در این مطالعه ما برخی از این متغیرها را بطور نمونه برای زیرحوضه های این منطقه محاسبه کرده ایم (جدول 1).    

جدول 1: متغیرهای مورفومتری و پارامترهای آنها

 

تمام متغیرهای هیدرومتری و هیدرولوژی جدول فوق و جدول زیر در یک فایل اکسل آماده شده است که می توانید از لینک زیر دانلود کنید.

دانلود نرم افزار اکسل آماده تحلیل هیدرومتری حوضه

 

 

هر یک از متغیرهای مورفومتری با استفاده از داده های ارتفاعی SRTM و نقشه توپوگرافی 1:25000 رقومی در نرم افزار GIS محاسبه شده است. برای انجام این محاسبات تمامی پارامترهای هر متغیر به طور جداگانه با ابزارهای تحلیلی نرم افزار GIS آماده و سپس ارزشهای مربوطه در داخل رابطه گنجانده شده تا نتیجه مورد نظر استخراج شود.

 

زمان تمرکز:

تاکنون پارامترهای گوناگونی برای مشخص کردن واکنش حوضه به یک رخداد سیل مورد استفاده قرارگرفته که زمان تمرکز یکی از پرکاربردترین آنها بوده است (چو و همکاران، 1988). زمان تمرکز عبارت است از زمانی که آب نیاز دارد تا از دورترین (دوری هیدرولیکی) بخش حوضه آبریز به مکان مورد نظر (خروجی حوضه) برسد. برای محاسبه زمان تمرکز از مدل های متفاوتی با متغیرهای مختلف استفاده می شود (میرزایی و رئوف، 1393) که هرکدام شرایط خاصی دارند (آلمیدا و همکاران، 2014). برخی از این مدل ها در این مطالعه استفاده شده اند (جدول 2).

جدول 2: مدل های زمان تمرکز و پارامترهای آنها

 

برای استخراج پارامترهای مربوط به هریک از متغیرهای زمان تمرکز داده های ارتفاعی و نقشه توپوگرافی 1:25000 رقومی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور محاسبه هر یک از این مدلها ابتدا ارزش های هر پارامتر با استفاده از ابزارهای تحلیلی نرم افزار GIS استخراج و بعد از گنجانده شدن در رابطه ی هر مدل نتایج بدست آمده است. 

 

دبی اوج سیل:  

رخدادهای هیدرولوژیکی شدید بصورت دبی اوج سیل نقش مهمی در خسارات ناشی از سیل در هرحوضه دارد (تاگواس و همکاران، 2008). در حوضه های فاقد آمار می توان با استفاده از روابط تجربی ارزش دبی اوج را برآورد کرد. فرمول های تجربی برای محاسبه دبی اوج با استفاده از عوامل اصلی موثر در وقوع سیل بدست می آیند و عمدتا از خصوصیات حوضه آبریز استفاده می کنند. مشکل این فرمول ها این است که برای هرمنطقه با شرایط اقلیمی و فیزیکی گوناگون نتایج تا حدودی متفاوت است (زارع و همکاران، 1387). در این مطالعه بطور نمونه دو مورد از این روابط یعنی روش کریگر و فولر در دور بازگشت های 20 ساله، 50 ساله، و 100 ساله استفاده شده اند. این دو رابطه به دلیل سادگی کاربرد، استفاده فراوانی داشته اند و به همین دلیل می توانند با اصلاحات لازم به یک حالت کلی تعمیم داده شوند که خطای کمی داشته باشد. (جدول 3)

جدول 3: روش های محاسبه دبی اوج سیل و پارامترهای آنها

 

پارامترهای دبی اوج نیز با استفاده از داده های ارتفاعی و نیز نقشه توپوگرافی 1:25000 استخراج شده و در فرمول های مربوط به هر مدل گنجانده شده است. بعد از گنجاندن ارزش های پارامترهای هر مدل نتایج دبی اوج سیل برای هر یک از 14 زیرحوضه مورد نظر بدست آمده است.