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 زیرحوضه های مهم حوضه کارون بزرگ است. در سال های اخیر وقوع سیلاب های شدید پایین دست این حوضه منجر به ایجاد خسارات جانی و مالی زیادی شده است. جهت انجام مطالعه پایه در کنترل و تخفیف سیلاب ها تخمین مقدار رواناب تولیدی از بارش گام اصلی و اساسی به شمار می رود. تخمین مقدار رواناب یکی از مهم ترین مراحل مطالعه هیدرولوژی حوضه های آبخیز به منظور مدیریت سیلاب، مدیریت منابع آب و فعالیت های حفاظت خاک است. رواناب در نتیجه مازاد بارش بر میزان نفوذ در خاک و نگهداشت سطحی تولید می گردد 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 مدل های زیادی جهت شبیه سازی این فرآیند پیشنهاد شده است. یکی از مدل های 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 مدل های ساده و تجربی در زمینه بارش-رواناب است که به طور گسترده در برآورد ارتفاع رواناب در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. 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 می شود که در آن ها، خصوصیات خاک با یک عامل هیدرولوژیکی که نشان دهنده حداقل سرعت نفوذپذیری در حالت مرطوب بودن طولانی مدت خاک است، بیان می شود. بر این اساس سرویس حفاظت خاک آمریکا تمام خاک ها را در چهار گروه اصلی، A، B، C و D به ترتیب با شدت نفوذپذیری بالا، متوسط، کم و خیلی کم تقسیم کرده است. با توجه به وقت و زمان مصرفی بالا در محاسبه این روش به صورت سنتی و دستی محققان از فناوری های سنجش از دور و سامانه اطلاعات مکانی برای محاسبه آن بهره گرفتند. به این منظور الحاقیه ای 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 فناوری های سنجش از دور (RS) و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش SCS-CN است.مواد و روش­ ها حوضه آبخیز کارون شمالی یکی از مهم ترین حوزه های آبخیز کشور در تامین منابع آبی است که در موقعیت جغرافیایی '۳۵ ۴۹⁰ تا '۴۷ ۵۱⁰ طول شرقی و '۲۸ ۳۰⁰ تا '۴۰ ۳۲⁰ عرض شمالی قرار دارد. این حوضه دارای مساحتی حدود ۲۳۲۹۹.۳۱ کیلومتر مربع است که در استان های کهگیلویه و بویراحمد، چهارمحال و بختیاری، اصفهان، خوزستان و بخشی از استان فارس گستره دارد. به منظور تولید نقشه های شماره منحنی و برآورد ارتفاع رواناب ابتدا نقشه های کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست ۸ سنجنده OLI مربوط به سال ۱۳۹۶  به روش طبقه بندی نظارت شده و الگوریتم حداکثر احتمال بدست آمد. سپس لایه خاک و گروه های هیدرولوژیکی خاک حوضه بر اساس نقشه خاک جهانی تولید شده توسط سازمان خواروبار و کشاورزی جهانی (فائو) و جدول استاندارد SCS برای گروه های مختلف هیدرولوژیکی خاک تهیه گردید. با تلفیق نقشه های کاربری اراضی و گروه های 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 تقسیم بندی گردید.نتایج و بحث نتایج نشان داد که سطحی زیادی از حوضه دارای شیب بالای ۳۰ درصد است. شیب را می توان مهمترین عامل فیزیوگرافی در تولید رواناب در حوزه های آبخیز دانست. بر اساس نقشه کاربری اراضی بیشترین سطح کاربری مربوط به جنگل های بلوط زاگرس و مراتع است. با توجه به نوع جنگل های بلوط که دارای تراکم کمی هستند و همچنین مراتع ضعیف حوضه بدلیل چرای بیش از حد دام، تولید رواناب در این کاربری ها زیاد است. همچنین نقشه شماره منحنی بیانگر آنست که بیشترین و کمترین مقدار شماره منحنی در حوضه ۹۸ 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 کوه های دنا را تشکیل داده است. همچنین مناطق با CN متوسط و پایین بیشتر مربوط به کاربری های جنگل و مراتع است که پتانسیل تولید رواناب در این کاربری ها متوسط است. از طرفی با توجه به اینکه اغلب بارش در ارتفاعات حوضه به صورت 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 شکستگی ها بارش در آن ها نفوذ پیدا کرده و آب های زیرزمینی را تغذیه می نماید به همین دلیل است که اغلب در این مناطق با تعداد زیاد چشمه ها 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 شده اند 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 می تواند منجر به ایجاد سیلاب در پایین دست حوضه شود. بنابراین لازم است اقدامات حفاظتی و آبخیزداری در سرشاخه ها و مناطقی که شروع جریان رخ داده اجرا شوند. با توجه به اینکه مبنای محاسبات در تهیه نقشه های شماره منحنی و ارتفاع رواناب، لایه های رستری بوده که هر پیکسل آن دارای ارزش است لذا محاسبات انجام شده و نتایج آن خیلی به واقعیت نزدیک تر بوده و در هزینه و زمان صرفه جویی می شود. 

Keywords:

تخمین رواناب , خصوصیات هیدرولوژیکی , سیستم اطلاعات جغرافیایی , حوضه کارون شمالی