چکیده:
پیشینه و هدف حوضۀ آبخیز کارون شمالی یکی از زیرحوضه های مهم حوضۀ 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 میرود. 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 درنتیجه مازاد بارش بر میزان نفوذ در خاک و نگهداشت سطحی تولید میگردد و به عواملی مختلفی ازجمله خصوصیات فیزیکی حوضه ، میزان بارش و نفوذ بستگی دارد. ارتباط بارش - رواناب توسط دانشمندان و محققان موردبررسی قرارگرفته ، و مدل های زیادی جهت شبیه سازی این فرآیند پیشنهادشده 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 شمارة منحنی سرویس حفاظت خاک آمریکا یا SCS-CN نام گذاری 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 مورداستفاده 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 میشود 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 ازدور و سامانه اطلاعات مکانی برای محاسبه آن بهره گرفتند. به این منظور الحاقی های 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 ازدور (RS) و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش SCS-CN است . مواد و روش ها حوضۀ آبخیز کارون شمالی یکی از مهم ترین حوزه های آبخیز کشور در تامین منابع آبی است که در موقعیت جغرافیایی '٣٥ ٤٩٠ تا '٤٧ ٥١٠ طول شرقی و '٢٨ ٣٠٠ تا '٤٠ ٣٢٠ عرض شمالی قرار دارد. این حوضه دارای مساحتی حدود ٢٣٢٩٩/٣١ کیلومترمربع 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 ٨ سنجنده OLI مربوط به سال ١٣٩٦ به روش طبقه بندی نظارت شده و الگوریتم حداکثر احتمال به دست آمد. سپس لایه خاک و گروه های هیدرولوژیکی خاک حوضه بر اساس نقشه خاک جهانی تولیدشده 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 الحاقی 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 به دست 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 ٣٠ درصد است . شیب را می توان مهم ترین 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 به دلیل چرای بیش ازحد دام ، تولید رواناب در این کاربری ها زیاد است . همچنین نقشه شماره منحنی بیانگر آن است که بیشترین و کمترین مقدار شماره منحنی در حوضه ٩٨ 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 ازجمله 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 درنتیجه 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 پیداکرده 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 میشود.
Background and Objective North Karun watershed is one of the important sub-basins of the Great Karun River basin. In recent years, the occurrence of severe downstream floods in this basin has caused a lot of human and financial losses. Estimating the amount of runoff produced by rainfall is the main step in conducting a study on flood control and mitigation. Runoff estimation is one of the most important steps in the study of watershed hydrology for flood management, water resources management and soil conservation activities. Runoff is produced as a result of excess rainfall on soil infiltration and surface maintenance and depends on various factors such as physical characteristics of the basin, rainfall and infiltration. The rainfall-runoff relationship has been studied by scientists and researchers and many models have been proposed to simulate this process. One of the basic models in this field is the curved number method model that was proposed by the US Soil Conservation Service and was named the Soil Conservation Service Curve Number or SCS-CN. The SCS-CN model is one of the simple and empirical models in the field of rainfall-runoff that is widely used in estimating runoff height around the world. The curve number (CN) of each basin indicates the hydrological behaviour and runoff generation capacity of that basin during rainfall and its value is estimated from the standard table in which the soil properties with a hydrological factor that indicates the minimum infiltration rate in the long-wet state. It is the duration of the soil, it is expressed. Accordingly, the US Soil Conservation Service has divided all soils into four main groups, A, B, C and D, with high, medium, low and very low infiltration rates, respectively. Due to the high time consumed in calculating this method, traditionally and manually, researchers used remote sensing and geographical information systems technologies to calculate it. To do this, they designed an extension called ArcCN-Runoff that can be added to the GIS environment. The purpose of this study is to generate a curve mapping (CN) and estimate the runoff height in the North Karun Basin using Remote Sensing (RS) and Geographic Information System (GIS) technologies and the SCS-CN method.Materials and Methods North Karun watershed is one of the most important watersheds in the country in providing water resources, which is located in the geographical position of 49o 35' to 51o 47' E longitude and 30 o 28' to 32 o 40' N latitude. This basin has an area of 23299.31 Km2, which is located in Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad, Chaharmahal and Bakhtiari, Isfahan, Khuzestan and part of Fars province. In order to produce curve number maps and estimate runoff height, first land use maps were generated using a supervised classification method using Landsat 8 satellite images of OLI sensors related to 2017 and the maximum likelihood algorithm was obtained. Then, the soil layer and soil hydrological groups of the basin were prepared based on the global soil map produced by the Food and Agriculture Organization (FAO) and the SCS standard table for different soil hydrological groups. By combining land use maps and soil hydrological groups with the Perform Intersect command in the ArcCN-Runoff GIS environment, a curved number (CN) map was generated and edited and finalized based on the SCS-CN table. Finally, by generating a spatial distribution map of precipitation by IDW method at the basin level, runoff height or excess precipitation height was obtained by the SCS-CN method. The final runoff height map was divided into five categories: very low, low, medium, high and very high.Results and Discussion The results showed that a large area of the basin has a slope of more than 30%. Slope can be considered the most important physiographic factor in runoff production in watersheds. According to the land use map, the highest level of use is related to the oak forests of Zagros and rangelands. Due to the type of oak forests that have low density and also poor pastures in the basin due to overgrazing, runoff production is high in these uses. The curve number map also indicates that the maximum and minimum curve number values are in basins 98 and zero. In areas with high curve numbers, the potential for runoff production is high and these areas are related to areas with poor vegetation in the basin. Areas with high curve numbers and high runoff production are mostly related to the calcareous formations of the basin, including the Bakhtiari and Asmari formations, which have formed the high altitudes of the basin, including the Dena Mountains. Also, areas with medium and low CN are mostly related to forest and pasture uses, in which the potential for runoff production is moderate. On the other hand, due to the fact that most of the precipitation in the basin heights is snow, there is an opportunity to penetrate into the soil and as a result, the amount of runoff production is less. The calcareous formations in the basin, which form most of the Zagros highlands, penetrate rainfall through pores and fractures and feed groundwater, which is why we often encounter a large number of springs in these areas. On the other hand, the results of the runoff map indicate that the Zagros heights, which have a high slope, play a major role in runoff production. These areas are mostly located in the southern and southeastern areas of the basin, as well as northwest of the basin.Conclusion A large area of the basin has the potential to produce moderate runoff, which can lead to flooding downstream of the basin. Therefore, it is necessary to implement conservation and watershed management measures in the branches and areas where the flow occurred. Due to the fact that the basis of calculations in preparing maps of curve number and runoff height are raster layers, each pixel of which has a value, the calculations are done and the results are much closer to reality and save time and money.