تغییر مولفه‌های هیدروگراف سیلاب در اثر تغییرات بلندمدت کاربری اراضی در حوضه آبخیز ننه‌کران اردبیل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه ژئومورفولوژی و آمایش محیط، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد ژئومورفولوژی و آمایش محیط، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران

3 گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعیدانشگاه محقق اردبیلی

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران،

10.22125/iwe.2023.173366

چکیده

سیلاب یکی از مخاطرات طبیعی است که عوامل بسیاری در وقوع آن نقش دارند. نوع کاربری اراضی و تغییرات ناهمسوی آن با محیط یکی از مهم‌ترین این عوامل به شمار می‌رود. بنابراین هدف این پژوهش مطالعه تغییرات کاربری اراضی و تاثیر آن بر هیدروگراف سیلاب در حوضه ننه‌کران از منطقه جنگلی فندقلو در استان اردبیل است. در این راستا در فاصله زمانی سال‌های 1993، 2000، 2010 و 2020 تغییرات کاربری اراضی مورد ارزیابی قرار گرفت که جهت تهیه نقشه کاربری اراضی از تصاویر ماهواره‌ای سری زمانی لندست و نرم‌افزارهای ENVI  وGoogle Earth  استفاده شده است. سپس مقادیر بارش طرح در دوره بازگشت 25 ساله با نرم‌افزار CumFreq محاسبه و هیدروگراف سیلاب با نرم‌افزار Wildcat شبیه‌سازی شد. نتایج حاصل از ارزیابی تغییرات کاربری اراضی در دوره زمانی مورد مطالعه نشان داد که وسعت اراضی جنگلی به میزان 20 درصد و مراتع 4 درصد کاهش یافته است. هم‌چنین، اراضی‌کشاورزی، به میزان 20 درصد افزایش داشته و افزایش اراضی بایر و مسکونی به‌ترتیب برابر 3 و 1 درصد بوده است. بر اساس نتایج تحلیل نمودارهای تغییر کاربری اراضی، بیش‌ترین تغییرات کاربری‌های اراضی در بخش‌های غربی و جنوبی حوضه و در اراضی کم ارتفاع با شیب پایین بوده است. علاوه بر این براساس نتایج حاصل از شبیه‌سازی جریان، بیش‌ترین دبی اوج مربوط به سال 2010 به‌میزان 46/34 مترمکعب در ثانیه نسبت به دوره مبنا در سال 1993 بوده است. در مجموع، نتایج حاکی از افزایش رواناب سطحی سیلاب و کاهش مولفه‌ زمان تا اوج هیدروگراف سیلاب در بازه زمانی و محدوده مورد مطالعه بوده استسیلاب یکی از مخاطرات طبیعی است که عوامل بسیاری در وقوع آن نقش دارند. نوع کاربری اراضی و تغییرات ناهمسوی آن با محیط یکی از مهم‌ترین این عوامل به شمار می‌رود. بنابراین هدف این پژوهش مطالعه تغییرات کاربری اراضی و تاثیر آن بر هیدروگراف سیلاب در حوضه ننه‌کران از منطقه جنگلی فندقلو در استان اردبیل است. در این راستا در فاصله زمانی سال‌های 1993، 2000، 2010 و 2020 تغییرات کاربری اراضی مورد ارزیابی قرار گرفت که جهت تهیه نقشه کاربری اراضی از تصاویر ماهواره‌ای سری زمانی لندست و نرم‌افزارهای ENVI  وGoogle Earth  استفاده شده است. سپس مقادیر بارش طرح در دوره بازگشت 25 ساله با نرم‌افزار CumFreq محاسبه و هیدروگراف سیلاب با نرم‌افزار Wildcat شبیه‌سازی شد. نتایج حاصل از ارزیابی تغییرات کاربری اراضی در دوره زمانی مورد مطالعه نشان داد که وسعت اراضی جنگلی به میزان 20 درصد و مراتع 4 درصد کاهش یافته است. هم‌چنین، اراضی‌کشاورزی، به میزان 20 درصد افزایش داشته و افزایش اراضی بایر و مسکونی به‌ترتیب برابر 3 و 1 درصد بوده است. بر اساس نتایج تحلیل نمودارهای تغییر کاربری اراضی، بیش‌ترین تغییرات کاربری‌های اراضی در بخش‌های غربی و جنوبی حوضه و در اراضی کم ارتفاع با شیب پایین بوده است. علاوه بر این براساس نتایج حاصل از شبیه‌سازی جریان، بیش‌ترین دبی اوج مربوط به سال 2010 به‌میزان 46/34 مترمکعب در ثانیه نسبت به دوره مبنا در سال 1993 بوده است. در مجموع، نتایج حاکی از افزایش رواناب سطحی سیلاب و کاهش مولفه‌ زمان تا اوج هیدروگراف سیلاب در بازه زمانی و محدوده مورد مطالعه بوده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Changes in Flood Hydrograph Components Due to Long-term Land Use Changes in Ardabil Nenakaran Watershed

نویسندگان [English]

  • Fariba Esfandyari Darabad 1
  • zeinab Pourganji 2
  • Raoof Mostafazadeh 3
  • Maryam Aghaie 4
1 Professor, Department of Natural Geography, Faculty of Social Sciences, , University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 M.Sc Student of Geomorphology-Environmental Management, Faculty of Social Sciences, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
3 Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
4 M.Sc. Remote Sensing and GIS, Department of Natural Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Flood as a natural hazard is under the control of many dynamic factors, and its occurrence is strongly controlled by land use attributes. The type of land use and its dynamic changes is considered as the most important factor in runoff generation. Therefore, the purpose of this study is to assess the impacts of land use changes on flood hydrograph components in a partially forested watershed in Ardabil province. The rate and extent of land use change has been quantified during 1993, 2000, 2010, and 2020 years. In the present study, Landsat time series satellite images, ENVI 5.3 and Google Earth software were used to classification of the land use maps. The flood hydrographs of the study area were simulated using Wildcat 5 software under the design rainfall amount in the 25-year return period. The results land use changes assessment showed that the extent of forest lands has decreased by 20% and rangelands by 4%. Also, agricultural lands increased by 20% and the increase of barren and residential lands were 3% and 1%, respectively. According to the results, the most land use changes were in the western and southern parts of the basin having lower altitude and lower steepness. In addition, according to the results of flow simulation, the maximum peak flow was 34.46 cubic meters per second in 2010 compared to the base period (year 1993). As a conclusion, the results showed an increase in surface runoff and a decrease in the time to peak component of the design hydrograph in the study period.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood modeling
  • Flood event
  • Peak flow discharge
  • Land use change
  • Hydrological simulation

مراجع

آقائی، م.، خاوریان، ح و ر مصطفی‌زاده. 1399. پیش‌بینی و آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از مدل CA مارکوف و LCM در آبخیز کوزه‌تپراقی استان اردبیل. پژوهش‌های آبخیزداری، جلد 33، شماره 3، ص 107-91.
پارسا، ج.، حاجی‌حسینی، ف.، آخوندزاده، ع. و خ طباطبایی. 1400. بررسی تغییرات کاربری در محدوده تالاب قره‌قشلاق با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای. محیط زیست و مهندسی آب، دوره 7، شماره 3، ص 554-547.
توکلی قاضی جهانی، م.، رئوف، م.، رسول‌زاده، ع و س میرزایی. 1397. ارزیابی اثر تغییرات کاربری بر روی هیدروگراف سیل و دبی پیک حوضه آتشگاه اردبیل. سطوح آبگیر باران. شماره 5، جلد 17، ص 59-71.
خاوریان، ح.، آقایی، م.، مصطفی‌زاده، رئوف. (1399). پیش‌بینی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر جریان ماهانه با استفاده از مدل هیدرولوژیکی و داده‌های سنجش از دور در حوضه آبریز کوزه‌تپراقی اردبیل، هیدروژئومورفولوژی. سال 7، شماره 24، ص 39-19.
خسروشاهی م.، و ب ثقفیان. 1384. تعیین حساسیت برخی از عوامل مؤثر بر سیل خیزی زیرحوضه های آبخیز با استفاده از تحلیل هیدروگراف خروجی حوضه و کاربرد مدل HEC-HMS، جنگل و مرتع شماره 67، 37-28.
رایگانی، ب. 1398. استخراج خودکار مناطق همگن کاذب (PIFs) به‌منظور تعیین تغییرات سنجش از دوری. اطلاعات جغرافیایی، جلد 28، شماره 112. ص 166-151.
رستمی‌کیا، ی.، طبری‌کوچکسرایی، م.، احمدزاده، ا. و ا رحمانی. 1396. اثر باکتری‌های محرک رشد بر صفات رویشی و عناصر تغذیهای نونهالهای فندق در نهالستان فندقلوی اردبیل. تحقیقات جنگل و صنوبر ایران، جلد 25، شماره 1، ص 126-116.
رستمی‌کیا، ی.، و ج شریفی. 1397. فندقلو، بزرگترین ذخیره گاه جنگلی فندق ایران را دریابید. نشریه طبیعت ایران. سال سوم شماره ۶، پیاپی ۱۳. ص99-90.
فاطمی، س.ب.، و ی رضایی. 1396. اصول سنجش از دور، چاپ پنجم. انتشارات آزاده، 266ص.
مصطفی‌زاده، ر.، میرزایی، ش.، و پ ندیری. 1396. تعیین شماره منحنی از رویدادهای بارش و رواناب و تغییرات آن با مؤلفه‌های بارش در یک حوضه آبخیز جنگلی. علوم آب و خاک، جلد 21، شماره 4، ص 28-15.
میرزایی، ش.، اسمعلی‌عوری، ا.، مصطفی‌زاده، ر.، قربانی، ا.، و س میرزایی. 1397. مدل‌سازی جریان و تعیین سهم مشارکت زیرحوزه‌ها در هیدروگراف سیل در حوزه‌ آبخیز عموقین، استان اردبیل. مخاطرات محیط طبیعی. سال 7، شماره 18، ص 108-89
ناصری، د.، علیخواه اصل، م.، هدایت، ش.، و ا فتحی. 1394. بررسی قابلیت شاخص NDVI  در تهیه نقشه پوشش اراضی منطقه فندقلو نمین، دومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط زیست، اردبیل.
یاری، م.، سلطانی گردفرامرزی، س.، و م قاسمی. 1398. بررسی نقش تغییر کاربری اراضی در هیدروگراف سیل و نوسانات سطح آب زیرزمینی در بخشی از حوضه آبخیز قره‌سو. جغرافیا و مخاطرات محیطی، سال 8، شماره 31، ص 58-41.
 
Alamdari, N., Claggett, P., Sample, D.J., Easton, Z.M., and Yazdi, M.N. 2022. Evaluating the joint effects of climate and land use change on runoff and pollutant loading in a rapidly developing watershed. Journal of Cleaner Production, 330: 129953.
Brebante, B.M. 2017 The Effects of land cover/land use changes on flashflood A case study of Marikina River basin (MRB), Philippines. M.Sc thesis, Geo-information Sciences and Earth Observation. 62p.
Eisenbies, M.A., Aust, W.M., Burger, J.A., and Adams, M.B. 2007. Forest operations, extreme flooding events, and considerations for hydrologic modeling in the Appalachians-A review. Forest Ecology and Management, 242: 77-98.
Hawkins, R.H.; and Barreto-Munoz, A. 2016. Wildcat5 for Windows, a rainfall-runoff hydrograph model: user manual and documentation. Gen. Tech. Rep. RMRS-334. Fort Collins, CO: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station. 68 p.
Hyandye, C.B., Worqul, A., Martz, L.W., and Muzuka, A.N.N. 2018. The impact of future climate and land use/cover change on water resources in the Ndembera watershed and their mitigation and adaptation strategies. Environmental System Research, 7(7): 1-24.
Kimaro, T., Tachikawa, Y., and Takara, K. 2003. Evaluating land-use change effects on flood peaks using a distributed rainfall-runoff model in Yasu River, Japan; Weather Radar Information and Distributed Hydrological Modelling (Proceedings of symposium HS03 held during IUGG2003 at Sapporo, July 2003). IAHS Publ. no. 282.
Koneti, S, Lakshmi, S., Sunkara., and Roy, P.S. 2018. Hydrological modelling with respect to impact of land-use and land-cover change on the runoff dynamics in Godavari River Basin using the HEC-HMS model.; ISPRS International Journal of Geo-Information, 7(6): 206.
Kratzert, F., Klotz, D., Brenner, C., Schulz, K., and Herrnegger, M. 2018. Rainfall-runoff modelling using long short-term memory (LSTM) networks, Hydrology and Earth System Science, 22: 6005-6022.
Lin, F., Chen, X., Yao, H., and Lin, F. 2022. SWAT model-based quantification of the impact of land-use change on forest-regulated water flow. Catena, 211: 105975.
Mishra, S., Saravanan, C., Dwivedi, V.K., and Shukla, J.P. 2018. Development of hydrolprocess framework for rainfall-runoff modeling in the river, Brahmaputra basin: Indian Journal of Geo-Marine Sciences (IJMS), 47(12): 2369-2381.
Obiora-Okeke, O.A. 2019. Changing land use and land cover impact on runoff characteristics of an upstream reach in Ala river watershed. American Journal of Engineering Research, 8(6): 80-86.
Ott', B., and Uhlenbrook, S. 2004. Quantifying the impact of land-use changes at the event and seasonal time scale using a process-oriented catchment model; Hydrology and Earth System Sciences, 8(1): 62-78.
Santillan, J., Makinano, M., and Paringit, E. 2011. Integrated Landsat image analysis and hydrologic modelling to detect impacts of 25-year land-cover change on surface runoff in a Philippine watershed; Remote Sensing, 3(6): 1067-1087.
Sanyal, J., Densmore, A.L., and Carbonneau, P. 2014. Analysing the effect of land- use/cover changes at sub-catchment levels on the downstream flood peak: a semi-distributed modelling approach with sparse data. Catena, 118: 28-40.
Schultz, G. 1995. Changes on flood characterises due to land use chances in a river basin; U.S. Italy Research Workshop on the Hydrometeorology, Impacts, and Management of Extreme Floods Perugia (Italy).
Shi, P.J., Yuan, Y., Zheng, J., Wang, J.A., Ge, Y., and Qiu, G.Y. 2007. The effect of land use/cover change on surface runoff in Shenzhen region, China. Catena, 69: 31-37.
Siregar, V., Prabowo, N., Agus, S., and Subarno, T. 2018. The effect of atmospheric correction on object based image classification using SPOT-7 imagery: a case study in the Harapan and Kelapa Islands. IOP Conference Series: Earth and Environment Science, International Conference on Marine Sciences: Better Insight for the Healthy Ocean 6-7 September, Indonesia 176: 1-11.
Sonu, T.S., Mohammed Firoz, C., and Bhagyanathan, A. 2022. The impact of upstream land use land cover change on downstream flooding: A case of Kuttanad and Meenachil River Basin, Kerala, India, Urban Climate, 41: 101089
 Talebi Khiavi, H., and Mostafazadeh, R. 2021. Land use change dynamics assessment in the Khiavchai region, the hillside of Sabalan mountainous area. Arabian Journal of Geosciences, 14:2257.
USDA, Natural Resources Conservation Service. (1986), Urban hydrology for small watersheds. Technical Release 55, 164p.
Wanielista, M.P. 1997. Hydrology Water Quantity and Water Quality Control. University of Central Florida. 565p.
Yu, P., Wang, Y., Coles, N., Xiong, W., and Xu, L. 2015. Simulation of runoff changes caused by cropland to forest conversion in the Upper Yangtze River region, SW China. PLoS ONE 10(7): e0132395.doi: 10.1371/journal.pone.0132395.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار