گزارش بازدید از محدوده سیل حوضه امامزاده داود

1- مشخصات زیرحوضه امامزاده داود

این زیر حوضه از یک آبراهه اصلی و تعداد زیادی سرشاخه فرعی که به آبراهه اصلی زهکش می گردند تشکیل شده است. در بالاترین نقطه این زیرحوضه و بالادست محل امامزاده، از حدود 300 متر بالاتر از بازارچه، جداره های کانال از جنس سنگ و ملات و بستر رودخانه سنگی می باشد. در ساحل سمت چپ رودخانه شهربازی احداث  شده است. با توجه به موقعیت توریستی و زیارتگاهی این منطقه، انواع زباله ها داخل رودخانه به وفور به چشم می خورد.

با توجه به پوشش گیاهی از نوع درخت در درون بستر رودخانه و وجود شاخه های شکننده درختان، در زمان سیلاب احتمال شکستن و تشدید مخاطرات سیل توسط این درختان وجود دارد. در این خصوص لازم است تمهیدات لازم اندیشیده شود. علاوه بر شاخه های شکننده درختان، وجود مقادیر متنابهی فرش، چادر، گونی های سایه انداز، ورق های فلزی و امثال این در منطقه به چشم می خورد، که همگی در تشدید خسارات سیلاب موثر هستند.

در این محدوده دو شاخه آبراهه، به آبراهه اصلی متصل می گردد، که پیشنهاد می شود امکان احداث بند رسوبگیر یا بند تاخیری روی آنها مورد مطالعه قرار گیرد.(شکل 1 تا 6)

شکل 1- نمایی از رودخانه در بالادست بازارچه روستای امامزاده داود

شکل 1- نمایی دیگر از رودخانه در بالادست بازارچه روستای امامزاده داود

شکل 2- نمایی از زباله های موجود در رودخانه در محدوده بالادست بازارچه روستای امامزاده داود

شکل 4- پل ورودی به شهر بازی امامزاده داود

شکل 3- نمایی از ساختمان قدیمی احداث شده روی شاخه فرعی حوضه در بالادست امامزاده

شکل 4- نمایی از خروجی آبراهه از پایین دست امامزاده

مشخصات فیزیوگرافی حوضه امامزاده داود

- مساحت و محیط زیرحوضه‌ کن_ امامزاده داود به‌صورت تجمعی

- مشخصات آبراهه اصلی زیرحوضه‌ کن_ امامزاده داود به‌صورت تجمعی

- پروفیل طولی، شیب ناخالص و شیب خالص رودخانه زیرحوضه کن_ امامزاده داود

2- محاسبه ضرایب شکل

برحسب تعریف، نمایش ترسیمی یک حوضة آبریز بر روی صفحة افقی، شکل آن حوضة آبریز را ایجاد می‌نماید. حوضه‌های آبریز برحسب وضعیت توپوگرافی درون آن‌ها دارای اشکال گوناگونی هستند. شکل یک حوضه آبریز بر روی رواناب سطحی و همچنین هیدروگراف طغیان‌های آن تأثیر دارد. در حوضه‌های آبریز با وسعت و خصوصیات مشابه، اما توزیع ارتفاعی متفاوت، هیدروگراف و بده اوج طغیان آن‌ها مشابه نمی‌باشد.

به‌طورکلی حوضه‌های آبریز ازنظر شکل به سه دسته کشیده، پهن و بادبزنی تقسیم می‌گردند. آبخیزهای بزرگ معمولاً به‌صورت قیفی و یا گلابی‌شکل می‌باشند ولی حوضه‌های آبریز کوچک شکل‌های متفاوتی دارند حوضه‌های آبریز با ضریب شکل نزدیک به یک دایره‌ای شکل و تمام شاخه‌های فرعی آن تقریباً در زمان‌های نزدیک به هم جریانات و طغیان‌های خود را به رودخانة اصلی می‌رسانند که در مقایسه با حوضه‌های آبریز کشیده، دارای بده اوج هیدروگراف و طغیان‌های بالاتری به ازای طوفان‌های نظیر می‌باشند.

2-1- ضرایب شکل حوضه

مهم‌ترین ضرایب نشان دهندة شکل حوضه عبارت‌اند از:

الف- ضریب گراویلیوس

ب- ضریب میلر

ج- ضریب هورتون

د- مستطیل معادل

تعاریف و روابط ضریب فوق‌الذکر ذیلاً ارائه‌شده‌اند:

2-2- ضریب گراویلیوس[1]

این ضریب عبارت است از نسبت محیط حوضه به محیط دایره‌ای فرض که مساحت آن برابر با مساحت حوضه موردمطالعه می‌باشد. (gravelious 1914 میلادی) این ضریب برای حوضه آبریز برآورد شده است. رابطة آن به‌صورت ذیل می‌باشد:

در رابطة فوق به ترتیب:

C: ضریب فشردگی (عدد بدون بعد)

P: محیط حوضة آبریز (کیلومتر)

A: مساحت حوضه آبریز (کیلومترمربع)

اگر حوضة آبریز دایرة کامل باشد C=1 است اما اگر C>1 شود به معنی انحراف شکل حوضه آبریز از حالت دایره می‌باشد.

-ضریب گردی میلر[2]

این ضریب که توسط میلر ارائه‌شده است عبارت از سطح حوضه به سطح دایره‌ای با محیط معادل محیط حوضه می‌باشد. بنابراین ضریب میلر به‌صورت زیر به دست می‌آید.

که در آن:

A= مساحت حوضه به کیلومترمربع

P = محیط حوضه به کیلومتر می‌باشد.

این ضریب همواره کمتر از یک بوده و در حوضه‌های گرد، به یک نزدیک‌تر است.

-ضریب هورتون [3]

این ضریب که به ضریب هورتون معروف است، عبارت از نسبت عرض متوسط حوضه به طول حوضه می‌باشد. عرض متوسط حوضه از نسبت سطح حوضه به طول آن محاسبه می‌گردد.

درنتیجه ضریب حوضه عبارت است از:

که در آن:

A= سطح حوضه برحسب کیلومترمربع

L = طول حوضه برحسب کیلومتر می‌باشد.

هر چه ضریب فرم حوضه کوچک‌تر از یک باشد،‌ حوضه کشیده‌تر است.

- مستطیل معادل [4]

مستطیل معادل نشان دهندة حوضة آبریز (یا حوضه‌های آبریز) موردنظر است در حالتی که به‌صورت مستطیل تغییر شکل دهند اما مساحت، ضریب فشردگی و توزیع مساحات نسبت به ارتفاع ثابت باشد. مستطیل معادل با طول و عرض آن مشخص می‌گردد. طول و عرض مستطیل معادل از روابط ذیل به دست می‌آیند.

در دو رابطة فوق به ترتیب:

C: ضریب فشردگی (عدد بدون بعد)

A: مساحت حوضه (کیلومترمربع)

Le: طول مستطیل معادل (کیلومتر)

Wi: عرض مستطیل معادل (کیلومتر)

- مشخصات ارتفاعی زیرحوضه‌ها

برحسب تعریف ارتفاع هر نقطه از حوضة آبریز، ارتفاع آن نقطه نسبت به سطح آزاد دریا است. اما برای استفاده مناسب از تغییرات ارتفاعی درون حوضه، از معیارهای خاصی مانند حداکثر ارتفاع، حداقل ارتفاع و ارتفاع متوسط حوضه استفاده می‌شود. ارتفاع نقاط مختلف یک حوضه بر روی درجه حرارت نقاط مختلف آن، گرادیان دما و توزیع، نوع و شدت نزولات جوی و درنهایت بر روی میزان تبخیر و تعرق حوضه مؤثر است.

برای تعیین توزیع مساحت - ارتفاع از جداول و نمودارهای هیپسومتری استفاده می‌گردد که برای محاسبه آن‌ها از نرم‌افزار ArcGIS استفاده شد. در این روش علاوه بر تعیین مساحت جزیی بین خطوط تراز انتخابی متوالی، از رابطة ذیل برای محاسبة ارتفاع متوسط حوضه‌های آبریز استفاده شده است:

در رابطة فوق:

Havg‌: ارتفاع متوسط حوضه برحسب متر[5]

Ai: مساحت واقع بین دو خط تراز متوالی (با فاصلة 100 متر) برحسب مترمربع

hi‌: ارتفاع متوسط بین دو خط تراز متوالی (با فاصله 100 متر) برحسب متر

A: مساحت کل حوضه موردنظر برحسب مترمربع

مقادیر ارتفاع و شیب حداقل، متوسط و حداکثر زیرحوضه‌ کن_ امامزاده داود

- محاسبه ارتفاع متوسط وزنی زیرحوضه کن_امامزاده داود به‌صورت تجمعی

                                           نقشه هیپسومتری زیرحوضه کن_امامزاده داود بالادست دریاچه خلیج‌فارس به‌صورت تجمعی

              - منحنی‌های آلتیمتری و هیپسومتری زیرحوضه کن_امامزاده داود به‌صورت تجمعی

3- زمان تمرکز

یکی از پارامترهای اساسی که در مطالعات فیزیوگرافی یک حوضه آبریز، محاسبه و برآورد می‌گردد زمان تمرکز می‌باشد که برحسب تعریف عبارت است از مدت‌زمانی که یک قطره آب از دورترین نقطة حوضه (ازنظر هیدرولوژیکی) به خروجی یا نقطة تمرکز و یا هر محل موردنظر دیگری در آبراهه می‌رسد.

زمان پیمایش (Travel Time) نیز مدت‌زمانی است که جریان آب فاصلة بین دونقطه موردنظر از یک مسیر را طی می‌کند. زمان پیمایش خود جزئی از زمان تمرکز (Concentration Time) می‌باشد.

باید توجه نمود که چنانچه طول مدت بارندگی بیش از زمان تمرکز باشد بارندگی سراسر حوضه آبریز به‌طور همزمان به جریان سطحی در محل موردنظر تأثیر می‌گذارند. زمان تمرکز یک حوضه آبریز، عامل نسبتاً متغیری است اما با افزایش شدت بارندگی، مدت آن نیز تا حدودی کوتاه‌تر می‌شود. در مطالعات هیدرولوژی معمولاً زمان تمرکز را ثابت در نظر می‌گیرند. زمان تمرکز حوضه به ویژگی‌های فیزیکی حوضه آبریز نظیر مساحت، شکل حوضه، طول آبراهه اصلی، شیب آبراهه، ناهمواری‌ها، زبری بستر و همچنین نوع و عمق خاک، تراکم پوشش گیاهی، مدیریت و نحوة بهره‌برداری از اراضی و غیره بستگی دارد. از سوی دیگر شدت، توزیع زمانی و مکانی بارندگی نیز می‌تواند عامل تعیین‌کننده‌ای در تغییر زمان تمرکز باشد.

محاسبة زمان تمرکز در حوضه‌ها اهمیت زیادی دارد بطوریکه در برآورد بده اوج طغیان‌ها، هیدروگراف جریان‌های سطحی، زمان تأخیر، زمان وقوع حداکثر سیل، انتخاب مدت بارش طرح و همچنین نحوة تجزیه‌وتحلیل داده‌های بارندگی مورداستفاده قرار می‌گیرد. هیدرولوژیست‌ها برای تخمین زمان تمرکز حوضه‌های آبریز شیوه‌های گوناگونی پیشنهاد کرده‌اند و در پروژه‌های اجرایی، مناسب‌ترین رابطه برای حوضة موردمطالعه انتخاب و آزمایش می‌شود. در مطالعه حاضر، زمان تمرکز بر اساس اطلاعات در دسترس و با استفاده از روابط پیشنهادی ذیل برای زیرحوضه‌های بالادست شهر تهران، برآورد شده است:

3-1- رابطة کرپیچ‌ Kirpich[6]

در رابطة فوق:

Tc: زمان تمرکز برحسب ساعت

L: طول شاخة اصلی برحسب کیلومتر

: اختلاف ارتفاع بلندترین نقطة حوضه و نقطة خروجی برحسب متر

3-2- رابطة برانزبی – ویلیامز (Bransby - williams)[7]

در رابطة فوق:

Tc: زمان تمرکز حوضه برحسب ساعت

L: طول شاخه اصلی برحسب کیلومتر

A: مساحت حوضه برحسب کیلومترمربع

: اختلاف ارتفاع بلندترین نقطة حوضه و نقطة خروجی برحسب متر

3-3- رابطه کالیفرنیا [8]

جهت محاسبه زمان تمرکز از رابطه زیر استفاده می‌شود:

در این رابطه:

: زمان تمرکز برحسب ساعت

: طول بزرگ‌ترین مسیر آب در حوضه به کیلومتر

: اختلاف ارتفاع بین پایین‌ترین و بالاترین نقطه حوضه به متر

در جدول (2-30) زمان تمرکز حوضه و زیرحوضه‌های موردمطالعه با روش‌های فوق آمده است.

3-4- رابطة کربای (Kerby)[9]

در این رابطه:

: زمان تمرکز برحسب ساعت

: طول بزرگ‌ترین مسیر آب در حوضه به کیلومتر

• : اختلاف ارتفاع دو طرف آبراهه اصلی برحسب متر

: ضریب مربوط به سطح حوضه می‌باشد که برای حوضه موردمطالعه ضریب 4/0 که متناسب با مراتع فقیر تا معمولی است در نظر گرفته شده است.

3-5- رابطة ایزارد (Izzard)[10]

در رابطه فوق که زمان تمرکز ( ) را برحسب ساعت می‌دهد:

• : طول مسیر آبراه اصلی برحسب کیلومتر

: شدت بارندگی برحسب میلی‌متر در ساعت (mm/hr)

• : اختلاف ارتفاع دو طرف آبراهه اصلی برحسب متر

: ضریب رواناب که مقادیر آن برای سطوح مختلف در جداول کتب مرجع ارائه‌شده است. در مطالعه حاضر ضریب موردنظر برای حوضه 27/0 در نظر گرفته شده است.

3-6- رابطة سازمان هوانوردی آمریکا[11]

در رابطه فوق اجزاء فرمول و واحدهای مربوطه مشابه معادله ایزارد می‌باشد.

7-3- انتخاب بهترین روش محاسبه زمان تمرکز

به‌منظور برآورد زمان تمرکز، از هفت روش کرپیچ، برانزبی ویلیامز، کربای، ایزارد، سازمان هوانوردی آمریکا، جیاندوتی و کالیفرنیا استفاده شده است و پس از مطالعه مقایسه‌ای بین روش‌های مذکور مشخص گردید با توجه به شرایط فیزیکی حوضه آبریز و همچنین با در نظر گرفتن پاره‌ای از پارامترهای هیدرولوژیکی (نظیر سیل و هیدروگراف های مربوطه به‌صورت مقدماتی و اولیه) و با قضاوت کارشناسی، روش محاسبه زمان تمرکز برای حوضه‌های آبریز روش کرپیچ انتخاب گردیده است. معادله ویلیامز برای حوضه‌های کوچک به‌خوبی قابل‌استفاده است و برای حوضه‌های که بزرگ هستند قابل‌استفاده نمی‌باشد.

همان‌گونه که نتایج جدول (2-30) نشان می‌دهد کمترین و بیشترین زمان تمرکز، به ترتیب مربوط به زیر حوضه‌های امامزاده داود و تالون، که هر دو در حوضه کن واقع هستند می‌باشد.

زمان تمرکز حوضه کن_ امامزاده داود به‌صورت تجمعی با روش‌های کرپیچ، برانزبی ویلیامز، کربای، ایزارد،

سازمان هوانوردی آمریکا، جیاندوتی و کالیفرنیا

نتیجه‌گیری گزارش بازدید از محدوده سیل‌خیز حوضه امامزاده‌داود

بر اساس گزارش حاضر، حوضه آبخیز امامزاده‌داود واقع در منطقه‌ای با کاربری توریستی–زیارتی، دارای ویژگی‌های فیزیوگرافی و هیدرولوژیکی است که آن را در معرض خطر سیلاب‌های ناگهانی و تشدید خسارات ناشی از آن قرار می‌دهد. این گزارش با بررسی ابعاد مختلف حوضه، از جمله مشخصات فیزیکی، شکل حوضه، ارتفاع و شیب، زمان تمرکز و عوامل انسانی و طبیعی مؤثر در تشدید سیلاب، تصویری جامع از وضعیت فعلی و چالش‌های پیش‌رو ارائه می‌دهد.

۱. ویژگی‌های فیزیوگرافی و هیدرولوژیکی حوضه

حوضه امامزاده‌داود با مساحت حدود ۶/۳۹ کیلومترمربع و محیط ۱۰/۳۳ کیلومتر، دارای شیب متوسط ۵۱ درصد و ارتفاع متوسط ۳۰۹۴ متر است. این ارقام نشان‌دهنده حوضه‌ای با شیب تند و اختلاف ارتفاع قابل توجه است که منجر به زمان تمرکز کوتاه و پاسخ سریع حوضه به بارندگی‌های شدید می‌شود. بر اساس روش منتخب کرپیچ، زمان تمرکز این حوضه تنها ۰/۲۰ ساعت (حدود ۱۲ دقیقه) محاسبه شده است که بیانگر آمادگی بالای حوضه برای وقوع سیلاب‌های ناگهانی است.

۲. تأثیر شکل حوضه بر رواناب و سیلاب

بررسی ضرایب شکل حوضه (نظیر ضریب گراویلیوس، میلر، هورتون و مستطیل معادل) نشان می‌دهد که شکل حوضه امامزاده‌داود کشیده نیست و به شکل دایره‌ای نزدیک است. این ویژگی باعث می‌شود که جریان‌های سطحی از نقاط مختلف حوضه در زمان‌های مشابه به آبراهه اصلی برسند و دبی اوج سیلاب افزایش یابد. در نتیجه، حتی بارندگی‌های با مدت‌زمان کوتاه نیز می‌توانند در این حوضه ایجاد سیلاب کنند.

۳. عوامل انسانی و طبیعی تشدید‌کننده خطر سیلاب

گزارش به وضوح نشان می‌دهد که فعالیت‌های انسانی نامناسب در منطقه، خطر سیلاب را به میزان قابل توجهی افزایش داده‌اند. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انباشت زباله در بستر و حریم رودخانهبه دلیل تردد گردشگران و زائران.
• وجود پوشش گیاهی نامناسبدر بستر رودخانه شامل درختان با شاخه‌های شکننده که در زمان سیلاب می‌شکنند و به عنوان عوامل مسدودکننده مسیر جریان عمل می‌کنند.
• ساخت‌وساز در حریم رودخانهاز جمله احداث شهربازی و سازه‌های قدیمی روی شاخه‌های فرعی.
• وجود مواد سبک و قابل حمل توسط سیلابمانند چادر، فرش، گونی و ورق‌های فلزی که در صورت شسته شدن به پایین‌دست، موجب انسداد مسیر و تشدید خسارت می‌شوند.

۴. ضعف‌های مدیریتی و زیرساختی

با وجود خطر بالای سیلاب در این منطقه، اقدامات پیشگیرانه و سازه‌های کنترل سیلاب به صورت کافی وجود ندارد. گزارش پیشنهاد می‌کند که احداث بندهای رسوب‌گیر یا تأخیری روی شاخه‌های فرعی مطالعه شود، اما تاکنون اقدام عملی مؤثری صورت نگرفته است. همچنین، نظافت و پاکسازی مستمر رودخانه و مدیریت پسماند در منطقه به صورت سیستماتیک انجام نمی‌شود.

۵. جمع‌بندی و پیشنهادات کلیدی

با توجه به بررسی‌های انجام‌شده، حوضه امامزاده‌داود یک منطقه با حساسیت بالا نسبت به سیلاب‌های ناگهانی و مخرب است. ترکیب ویژگی‌های طبیعی (شیب زیاد، زمان تمرکز کوتاه، شکل حوضه) با عوامل انسانی تشدیدکننده (زباله، ساخت‌وساز نامناسب، پوشش گیاهی نامناسب) سبب شده است که این منطقه در معرض ریسک بالایی قرار گیرد. در صورت وقوع بارندگی‌های شدید، احتمال ایجاد سیلاب‌های سریع‌‌ و خسارت‌زایی بالا به زیرساخت‌های توریستی، زیارتی و مسکونی وجود دارد.

پیشنهادات فوری و اجرایی:

۱. پاکسازی و لایروبی فوری بستر و حریم رودخانه از زباله، شاخه‌های درختان و مواد زائد.
۲. هرس و مدیریت پوشش گیاهی در بستر رودخانه برای جلوگیری از شکسته شدن درختان و انسداد مسیر جریان.
۳. مطالعه و اجرای سریع بندهای رسوب‌گیر و تأخیری روی شاخه‌های فرعی به منظور کاهش سرعت جریان و رسوب‌گیری.
۴. منظور کردن حریم قانونی رودخانه و جلوگیری از ساخت‌وسازهای جدید در این محدوده.
۵. ایجاد سیستم هشدار سریع سیلاب با توجه به زمان تمرکز کوتاه حوضه.
۶. آموزش و آگاهی‌بخشی به گردشگران و ساکنان درباره خطرات سیلاب و لزوم رعایت بهداشت محیط.

در نهایت، مدیریت یکپارچه و پایدار حوضه‌های آبخیز با مشارکت نهادهای محلی، سازمان‌های محیط زیستی و مدیریت بحران، می‌تواند خطرات ناشی از سیلاب را در این منطقه به طور مؤثری کاهش دهد. بدون اقدام فوری و برنامه‌ریزی بلندمدت، ادامه روند فعلی می‌تواند منجر به خسارات جانی و مالی قابل توجهی در آینده نزدیک شود.

[1] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[2] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[3] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[4] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[5]علیزاده، امین. اصول هیدرولوژی کاربردی

[6] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[7] علیزاده، امین. اصول هیدرولوژی کاربردی

[8] مهدوی، محمد. هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم

[9] علیزاده، امین. اصول هیدرولوژی کاربردی

[10] علیزاده، امین. اصول هیدرولوژی کاربردی

[11] علیزاده، امین. اصول هیدرولوژی کاربردی