استفاده از GIS در محاسبه حوضه آبریز

دسته دورسنجی و GIS
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده شیدا اسکندری
تاريخ برگزاری ۳۰ آبان ۱۳۸۴

چکیده:
ایران سرزمینى است نسبتاً خشک بطورى که اگر میانگین بارندگى سالانه در سطح کره زمین را که در حدود ۸۶۰ میلى‌متر است، با متوسط بارندگى سالانه مقایسه کنیم، ملاحظه خواهد شد که مقدار بارندگى در ایران حتى کمتر از یک سوم متوسط بارندگى در سطح دنیاست. علاوه بر این زمان ریزش نزولات جوى و محل ریزش آن با نیازهاى کشاورزى که مصرف کننده اصلى آب است، مطابقت ندارد. خشکى در ایران یک واقعیت اقلیمى است و باید خود را با آن سازگارى دهیم.
یکى از راههاى مهم سازگارى با خشکى استفاده مفید از منابع آبى است. باید سعى کرد تا حد ممکن از ریزشهاى جوى، جریان آبهاى سطحى و منابع آب به نحو مطلوب استفاده شود و این کار عملى نخواهد بود مگر با شناخت پدیده هاى هیدرولوژیکى منطقه. گر چه در چند سال گذشته تا اندازه اى به مسئله آب و بهره بردارى از آن در ایران اهمیت داده شده است، ولى این نباید بدان معنى باشد که بدون شناخت خصوصیات هیدرولوژیکى حوضه ها اقدام به اجراى طرحهاى آبى نمود. در این رابطه باید توجه داشت که آ ب و چرخش آن در طبیعت جزئى از نظام اکوسیستم محیطى است و هر گونه رفتار با آن باید براساس اصول اکولوژیکى باشد. عدم رعایت این قوانین مشکلاتى از قبیل پرشدن سریع مخازن سدها از رسوب، شور و یا باتلاقى شدن اراضى، نبود آب براى ذخیره در مخازن، پیدایش مسائل زیست محیطى ویا خراب شدن تاسیسات در اثر طغیانها را بدنبال خواهد داشت. به هر حال لازم است کارشناسان با این دانش آشنایى بیشتر پیدا کرده و آن را در رابطه با کارهاى مهندسى فراگیرند. بررسى حوضه هاى آبریز هر منطقه خود یکى از مهمترین مسائلى است که در رابطه با کارهاى مهندسى منطقه باید مورد مطالعه قرار گیرد. که در این تحقیق و بررسى به مسئله حوضه آبریز و استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایى در تعیین مساحت حوضه آبریز یک منطقه پرداخته شده است و بعنوان نمونه یکى از شیتهاى ۱:۱۰۰.۰۰۰ ایران بنام شاهین‌دژ در این بررسى مورد مطالعه قرار گرفته است.
 
Abstract:
Iran is comparatively dry country. If we compare the average rain in the world with the average rain in year, the rain in Iran is less than  average rain in the world.
The rain time and the location of it, is n`t conformity with the need of agricalture that it is the main consumption of water. Dryness in iran is a climate reality and we must compatible with that.
One of the ways about compatiblity with dryness, is the useful use of the water sources. We must try to use of the rain and ground water and the surface water and this is n`t practiable except with regonizing the hydrologic phenomena in the area.
Although in few last tears emphasized the water problem in Iran, but it doesn`t mean that without recognizing the watershed hydrologic properties, carry out the hydrologic planning. We must have attention that water and its cycle in the nature is the part of environment ecosystem and our hydrologic project must be conformity with ecology base. In response existence these roles, will have breakage like fulling the dams from sediments, salty the areas, coming in to existence or ruined the installations will be happened.
It is necessary for experts that get used with this knowledge and in engineering geology projects. Stydying the watersheds is important that we must study in engineering geology.
In this studying I procced the watershed and use the GIS tegnology in this way for appointment the perimeter of watershed in one of the ۱:۱۰۰.۰۰۰ sheets in Iran. It`s name is shahindezh in Northwest of Iran. In this studying prepare the watershed map from DEM and the calculate the travel time of water in entire and exit across the watershed.

مقدمه:
حوضه آبریز به مساحتی از یک منطقه اطلاق می شود که رواناب حاصله از بارندگیهایی که روی آن می بارد، بطور طبیعی به نقطه و حدی به نام نقطه تمرکز هدایت می شود. اگر نقطه تمرکز در داخل حوضه قرار گرفته باشد حوضه محیط کاملاً مسدودی را تشکیل داده باشد آن حوضه را بسته و اگر نقطه تمرکز در انتهای حوضه واقع شده باشد (به نحوی که رواناب بتواند از آن خارج شود) آن را حوضه باز می نامند. (شکل 1)
خط فرضی که حوضه های مختلف را از هم جدا می کند خط تقسیم آب می گویند. شکل خط تقسیم آب فقط به توپوگرافی حوضه بستگی دارد و از بهم پیوستن خط الراسهای ارتفاعات بدست می‌آید. ابتدای رودخانه اصلی معمولاً مرتفع ترین قسمت حوضه است و بتدریج به طرف نقطه تمرکز بر وسعت حوضه افزوده می شود. (شکل 2)
بحث:
امروزه انجام محاسبات هیدرولوژیکی بدون استفاده از کامپیوتر امری وقت گیر و مشکل می‌باشد. سیستم اطلاعات جغرافیایی در این زمینه راه را هموار تر نموده تا بتوانیم با استفاده از آن به یک نتیجه دقیق و سریع از نظر زمانی دست پیدا کنیم. روشهای بکار گرفته شده در سیستم اطلاعات جغرافیایی Hydrological modehing می باشد، با استفاده از آن می توان شکل حوضه آبریز منطقه را مدلسازی کرده و هر گونه تغییر یا تصمیم جدید را در مورد آن اعمال نمود.
استفاده از GIS بوسیله داده های مکانی مرجع خصوصیات و شکل جغرافیای اجزا را شرح می‌دهد:    (شکل 3)
سیستم GIS دو هدف را دنبال می‌کند:
آنالیز مکانی از یک عارضه و پردازش در محدوده یک حوضه آبریز
مدیریت و هدایت منابع زمینی و اکوسیستم ها
با استفاده از تکنولوژی GIS می توان مراحل هیدرولوژیکی را تجسم و سپس تجزیه و تحلیل کرد. حوضه‌های آبریز خود بستگی به هیدرولوژی سطح آب، هیدرولوژی مناطق آب‌خیز و هیدرولوژی آبهای زیرزمینی دارد. GIS قابلیت زیادی را برای تلفیق اطلاعات مختلف حوضه آبریز دارد.
مراحل انجام کار در سیستم اطلاعات جغرافیایی شامل موارد زیر می باشد:
نقشه های موجود و جمع آوری داده های رقومی
پردازش داده ها
مدلسازی
کاربرد GIS در هیدرولوژی به شرح زیر خلاصه می شود:
تشخیص آنالیزهای لازم
تعیین لایه های ورودی داده های مورد نظر
تشخیص منابع داده ها
ورود و رقومی سازی داده ها
ارزیابی کیفیت داده ها و نگهداری و به روز درآوردن آنها
GIS فرصت مناسبی را برای بهره‌وری و اصلاح، پردازش و تحلیلهای اطلاعات جغرافیایی فراهم می کند. اطلاعات متنوع مکانی مانند بارندگی – تبخیر – خصوصیات خاک – رطوبت خاک و غیره بعنوان مهمترین فاکتورها جهت بررسی حوضه آبریز می باشد.
برای تعیین مساحت حوضه آبریز یک منطقه از داده های توپوگرافی منطقه مورد نظر استفاده می‌شود. در این بین DEM (مدل ارتفاعی رقومی) منطقه خصوصیات توپوگرافی یک حوضه آبریز را نشان می دهد که حتی می توان به صورت سه بعدی نیز این مسئله را بررسی کرد. درجه دقت DEM بسیار مهم است تا جایی که حتی کوچکترین خطای DEM در محدوده حوضه آبریز می تواند ایجاد خطا کرده و متعاقب آن محاسبات هیدرولوژیکی نادرست شد.
DEM به صورت یک لایه ورودی در مدلسازی هیدرولوژیکی می باشد. در مرحله بعد با استفاده از DEM می توان جهت حریان را نیز بدست آورد و متعاقب آن با استفاده از جهت جریان حوضه آبریز منطقه مورد نظر را مدلسازی کرد.
از کاربردهای مهم مدلسازی هیدرولوژیکی می توان به تعیین حوضه آبریز همچنین ترسیم شبکه آبراهه منطقه مورد نظر جهت محاسبه زمان حرکت آب از یک حوضه آبریز تا خروج اشاره نمود. (نمودار 1)
هدف از این تحقیق، مطالعه منطقه شاهین‌دژ از دیدگاه تعیین حوضه آبریز می‌باشد. منطقه شاهین‌دژ به لحاظ جغرافیایی در شمال غرب ایران ایران واقع شده است و بخاطر کوهستانی بودن و ویژگی خاص آب و هوا و جغرافیایی در این منطقه مورد بررسی قرار گرفته است. شیت شاهین‌دژ محدوده به طول جغرافیایی ً30، َ46، ْ47 و عرض جغرافیایی ً30، َ36، ْ37 شمالی می‌باشد. منطقه مورد بررسی بعلت داشتن پستی و بلندیهای سخت و برجستگی های مشخص به عنوان مرز تقسیم بندی کشوری میان استانهای آذربایجان شرقی و غربی در آمده است. بعلت غیرقابل دسترس بودن این منطقه از لحاظ جغرافیایی، نزدیکترین ایستگاههای هواشناسی و بارن‌سنجی در شهرهای هم جوار یعنی میاندوآب و سقز مستقر نموده اند. جهت تهیه نقشه حوضه آبریز منطقه از داده های توپوگرافی رقومی منطقه استفاده گردیده است. سپس Flowdirection (جهت جریان) نیز بدست آمده که در نهایت نقشه حوضه آبریز منطقه بدست آمده است (شکل 4). برای محاسبه شیبهای بالای منطقه از                    Flow Accumulation یا نقشه انبوهی جریان در منطقه استفاده شده که نقشه جهت جریان، نقشه ورودی برای تهیه این نقشه می باشد. با استفاده از این نقشه مدت زمان حرکت آب را در ورود و خروج از یک حوضه آبریز محاسبه گردید.
 
نتیجه:
سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) در تعیین مساحت حوضه آبریز در هر منطقه جهت انجام طرحهایی نظیر سدسازی پروژه های مهندسی و کلاً طرحهای آبی کاربردهای بسیاری دارد. با استفاده از این ابزار می توان در اسرع وقت و با توجه به دقت داده های ورودی، بهترین و مطلوبترین نتیجه را بدست آورد. البته لازم به ذکر است که احتمال وجود خطا در هر روشی وجود خواهد داشت اما همانطور که ذکر گردید، با اطمینان از کیفیت و دقت داده های ورودی که مهمترین آن داده های توپوگرافی منطقه است می تواتن خطا را به صفر رسانید. در هر کشوری پروژه های مربوط به مهندسی و سدسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد امید است که کارشناسان با استفاده از دانش لازم بتوانند در این زمینه نتایج مطلوبی را بدست آورند.

کلید واژه ها: سایر موارد