پایان نامه برآورد سیلاب رودخانه با استفاده از امکانات سنجش از دور

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“

 مهندسی عمران - سازه های هیدرولیکی 

چکیده

سیل عبارت است از بالا آمدن ناگهانی آب رودخانه ها ویا جریان آبی تند و معمولا ویرانگرکه بطور ناگهانی اتفاق می افتد.مسائل مربوط به سیلاب گوناگون بوده وطبیعت بسیار پیچیدهای دارد.هجوم سیلاب باعث از بین رفتن امکانات و وارد آمدن خسارات جانی و اخلال درحمل و نقل و ارتباطات میشود.به دلیل وقوع جریان زیاد رواناب در حوضه آبریز رودخانه ها فرسایشهای عظیمی در سطح حوضه اتفاق میافتد و نهایتا مشکلات عدیده ای را در پائین دست بوجود می آورد که ناشی از ته نشینی و انباشته شدن رسوب است .وقوع سیل در یک حوضه به عوامل و پارامترهای مختلفی بستگی دارد.اما اصلی ترین عامل در ایجاد سیل رواناب می باشد.اگر سایر موارد وشرایط برای وقوع سیل در یک حوضه وجود داشته باشد بدون وجود بارش اضافی رواناب سطحی بوقوع نمیپیوندد.جریان سیل به طور عمده ناشی از رواناب سطحی می باشدکه حاصل خصوصیات بارش وخصوصیات حوضه آبخیز آن است که در این میان تاثیر پوشش گیاهی وخاک درکاهش سیل در حوضه های کوچکترکمتر از حوضه های با مساحت زیاد است . بکارگیری تکنیک دورسنجی در مطالعات سیلاب حوضه ها , نسبت به روش های سنتی و متداول دارای سرعت بیشتر و دقت زیادی می باشد بنابراین به عنوان تکنیک های کارآمد مدنظر قرار میگیرد. در این تحقیق با استفاده از سنجش از دور و باکمک تفسیر و پردازش تصاویر ماهواره ای میزان سیل حوضه های آبریز برآورد می گردد. در این تحقیق امکان استفاده از دورسنجی در برآورد سیلاب رودخانه ها مورد بررسی و تحقیق قرار خواهد گرفت و نتیجه آن برای یک منطقه مورد استفاده قرارخواهد گرفت .

 با توجه به نتایج بدست آمده از روابط ارائه شده در این تحقیق مقدار سیلاب سالانه برای حوضه رودخانه های قره سو و بالخلوچای و آق چای در استان اردبیل تعیین شده است ؛که با مقدار سیلاب برآوردشده با روش هیدرولوژیکی  مطابقت دارد.

مقدمه

سیل یکی از بلایای طبیعی است که در طول تاریخ بشر همواره خسارات جانی و مالی فراوانی به بار آورده است و انسان همواره در فکر مبارزه وکنترل این پدیده بوده است . میانگین خسارات سالیانه سیل درکشورهای صنعتی و در حال توسعه رو به افزایش است . بررسی های بعمل آمده نشان می دهدکه آمار تلفات انسانی و خسارات اقتصادی سیل طی سالهای ١٩٢۵ تا

١٩٩٠ اگر چه در مقاطع زمانی یکساله از جهات کمی وکیفی با نوسان مواجه بوده است ولی مجموعًا روندکلی آن رو به   افزایش است (علیزاده ، ١٣٨٢).

 دورسنجی از جمله علوم و فنون نسبتا جدیدی است که در سالهای اخیر به سبب پیشرفت

کامپیوتر و تکنولوژی ماهواره ای و انواع سنجنده ها به سرعت رشدکرده و توسعه یافته است .

دورسنجی را می توان علم و فن شناسایی و اندازگیری ویژگیهای طیفی اشیا و پدیده های مربوط به زمین ، هوا و دریا از فاصله ای نسبتا دور و جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های بدست آمده بدانیم . در دورسنجی بازتاب امواج الکترو مغناطیسی ، پس از برخورد با پدیده های مختلف زمین ، به وسیله سنجنده هایی که بر روی سکوهای مختلف تعبیه شده اند ثبت شده و سپس مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. بکارگیری تکنیک  دور سنجی در مطالعات سیلاب حوضه ها , نسبت به روش های سنتی و متداول دارای سرعت بیشتر و دقت زیادی می باشد بنابراین به عنوان تکنیک های کارآمد مدنظر قرار می گیرد. مهمترین هدف در اینجا برآورد میزان سیلاب رودخانه با استفاده از امکانات سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای و سپس مقایسه نتایج بدست آمده با اطلاعات سیلاب رودخانه برای یک منطقه می باشد.

فصل اول

 کلیات

فصل اول :کلیات

١-١-  سیل

سیل عبارت است از بالا آمدن ناگهانی آب رودخانه ها ویا جریان آبی تند و معمولا ویرانگر که بطور ناگهانی اتفاق می افتد.مسائل مربوط به سیلاب گوناگون بوده وطبیعت بسیار پیچیدهای دارد.هجوم سیلاب باعث از بین رفتن امکانات و وارد آمدن خسارات جانی و اخلال درحمل و نقل و ارتباطات میشود.به دلیل وقوع جریان زیاد رواناب در حوضه آبریز رودخانه ها فرسایشهای عظیمی در سطح حوضه اتفاق میافتد و نهایتا مشکلات عدیده ای را در پائین دست بوجود می آورد که ناشی از ته نشینی و انباشته شدن رسوب است .وقوع سیل در یک حوضه به عوامل و پارامترهای مختلفی بستگی دارد.اما اصلی ترین عامل در ایجاد سیل رواناب می باشد.اگر سایر موارد وشرایط برای وقوع سیل در یک حوضه وجود داشته باشد بدون وجود بارش اضافی رواناب سطحی بوقوع نمیپیوندد.جریان سیل به طور عمده ناشی از رواناب سطحی می باشدکه حاصل خصوصیات بارش وخصوصیات حوضه آبخیز آن است که در این میان تاثیر پوشش گیاهی وخاک درکاهش سیل در حوضه های کوچکترکمتر از حوضه های با مساحت زیاد است . به طورکلی

علل وقوع سیل را می تون به سه گروه تقسیم بندی کرد :

١)عولمل اقلیمی

٢)عوامل زمین شناسی توپوگرافی ، لیتو گرافی خاک

٣)عوامل انسانی شامل استفاده از اراضی ، رشد جمعیت و عامل مدیریتی ،که موارد فوق شامل بارشهای شدید ناگهانی ،ذوب شدن برفها به صورت ناگهانی ،شکست سدها ، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی همزمان با بارشهای طولانی و اشباع شدن زمین سطحی و عدم توانایی نفوذ رواناب حاصل از بارندگی ها وغیره می باشد(الوانکار،١٣٨۶)

انسان همواره در فکر مبارزه وکنترل این پدیده بوده است و راههای مختلفی را برای مقابله با آن انتخاب کرده است که بیشترین این راهها صرف مبارزه باخود سیل بوده است نه شناخت و مبارزه باعوامل مؤثر در ایجاد آن ، اما در سده های اخیر با پیشرفت علوم و تکنولوژی کامپیوتر و استفاده از آن در شاخه های مختلف علوم و ابداع سیستم های اطلاعات جغرافیایی و توانایی این سیستم ها برای تلفیق اطلاعات فضایی وغیر فضایی با همدیگر به گونه ای بهتر می توان مناطق و پهنه های مختلف را از نظر قابلیت های گوناگون شناسایی و طبقه بندی نمود و نیز با دسترسی واستفاده از تصاویر سنجش از دورکه دیدکلی و جامع از مناطق مورد مطالعه ارائه می دهند و هم دارای اطلاعات گوناگون وزیادی می باشند و بروز بودن اطلاعات می توان در تعیین پهنه های مختلف و تهیه نقشه های گوناگون و بر آورد سیلاب بهره بسیار برد.

١-٢-  روش های برآورد سیلاب

الف ) روشهای تحلیل آماری و منطقه ای

ب ) استفاده از مدل های هیدرولوژیکی

تاکنون روشها و مدل های متعددی برای محاسبه دبی سیل حاصل از بارندگی ابداع و ارائه شده

است . داده های اولیه مورد نیازکلیه مدل ها به سه دسته تقسیم می شوند :

١) مشخصات مربوط به میزان بارش و پراکندگی زمانی و مکانی آن

٢) مشخصات توپوگرافی زمین وحرکت آب در سطح آن

٣) مشخصات مریوط به نفوذ آب درزمین

اکثر داده های مورد نیاز یرای اینگونه مدل ها به کمک برداشت های سنتی ، بازدید محلی و یا نقشه های آنالوگ تهیه میشوند . تهیه این اطلاعات با دقت مناسب در سطح حوضه آبریز مستلزم بازدیدهای محلی و انجام  آزمایشهای لازم با صرف هزینه های گزاف بوده است .و انجام آنها به سادگی میسر نیست . نفوذ پذیری خاک و پوشش گیاهی به عنوان نمونه هایی از اطلاعات مورد نیاز اینگونه روشها محسوب می شود تا سالهای ١٩٩۵ امکان تهیه این اطلاعات برای تمام اجزای حوضه آبریز به سادگی میسر نبوده است ، لذا برای محاسبات مورد نیاز سطح حوضه آبریز میانگین این داده ها مورد استفاده قرار می گرفت به همین علت اکثر مدلهای بارش – رواناب به صورت یکپارچه عمل می کردند تا بتوانند تبدیل بارش به رواناب را باحداقل داده ها و درحالت یکنواخت شبیه سازی کنند. بعد ها به دنبال توسعه و پیشرفت تکنو لوژی و دسترسی به امکانات سنجش از راه دور ، امکان تهیه بخشی از اطلاعات مورد نیاز مدلها برای تمام اجزاحوضه بدون نیاز به بازدیدهای محلی فراهم آمد . به همین علت به تدریج امکانات استفاده از روشها و مدلهای توزیعی بیش از پیش از توسعه یافت .در روش توزیعی حوضه  به واحدهای کوچک سلولی تقسیم بندی می شود . تبدیل بارش به رواناب و روند جریان حرکت رواناب برای تک تک سلولها انجام و نهایتًا رواناب به بخش خروجی حوضه انتقال می یابد . روشهای توزیعی صرفًا درشرایطی حائز ارزش محاسباتی خواهند بودکه اطلاعات مورد نیاز سلولها نظیرشیب ، نفوذ پذیری پوشش گیاهی و بارش هر سلول معلوم و معین باشد . با استفاده از لایه توپوگرافی و سیستم های اطلاعات جغرافیایی ، ارتفاع هر سلول در محدوده حوضه آبریز مشخص می شود . با معلوم شدن میزان ارتفاع سلولهای مجاور هر سلول مورد نظر ،شیب و جهت شیب آن ، سلول نیز قابل محاسبه است

.علاوه بر  امکان شناسایی توپوگرافی زمین امروزه امکان شناسایی جنس سطح زمین ، نیز با استفاده از برداشت های ماهواره برای تمامی سلولها امکان پذیرشده است اطلاعات رقومی برداشت شده توسط ابزارهای سنجش نصب شده بر ماهواره ها و به طورکلی پیشرفت تجهیزات ماهواره ای

، امکان شناسایی سطح زمین را بیشتر از قبل میسرکرده است . از طرفی با توسعه سخت افزار های رایانه ای نیز امکان ذخیره این اطلاعات و پردازش آنها با تسهیلات بهتری فراهم شده است

.اکنون ابزارهای نظیر لندست از هر سلول ٣٠*٣٠ متری امواج انکاس یافته از سطح زمین را در هفت طول موج متفاوت به صورت دیجیتال در اختیار قرار می دهد . قدرت بازتاب و امواج انعکاس یافته از سطح زمین بستگی به جنس و برخی ازخصوصیات سطح زمین مانند رطوبت و خاک و پوشش گیاهی دارد.بازتاب امواج منعکس شده در طول موجهای مختلف بصورت عدد ذخیره می شود اهمیت یک متخصص در فرایند نتیجه گیری از مقادیر مزبور و نیز وقوف کافی به خصوصیات عوار ض زمین است که اصطلاحًا سنجش از دور نام دارد. (الوانکار،١٣٨۶).

١-٣-  اهداف و ضرورت انجام تحقیق

هدف از این تحقیق برآورد سیلاب رودخانه با استفاده از امکانات سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای می باشد. بدین منظور روابط بین میانگین مقادیر متوسط باندهای تصاویر ماهواره  و سیلاب حداکثر ثبت شده درچندحوضه آبریز ایستگاه آب سنجی مورد بررسی قرار گرفته است .که این کار با استفاده از نرم افزار ARCGIS  انجام پذیرفت ، همچنین تعیین پارامترعدد منحنی (CN)

که مهمترین پارامتر در تعیین میزان رواناب و دبی سیلابی در روش اداره حفاظت خاک آمریکا

(SCS) مدنظر قرار گرفته است .

 بکارگیری تکنیک دورسنجی در مطالعات سیلاب حوضه ها , نسبت به روش های سنتی و متداول دارای سرعت بیشتر و دقت زیادی می باشد بنابراین به عنوان تکنیک های کارآمد مدنظر قرار میگیرد. در این تحقیق با استفاده از سنجش از دور و باکمک تفسیر و پردازش تصاویر ماهواره ای میزان سیل حوضه های آبریز برآورد می گردد. در این تحقیق امکان استفاده از دورسنجی در برآورد سیلاب رودخانه ها مورد بررسی و تحقیق قرار خواهد گرفت و نتیجه آن برای یک منطقه مورد استفاده قرارخواهد گرفت .

١-۵-روش انجام تحقیق

 با توجه به هدف این تحقیق که برآورد میزان سیلاب رودخانه را با استفاده از سنجش از

دور و تصاویر ماهواره ای می باشد. در این راستا این مطالعات به شرح ذیل انجام پذیرفته است .

١- بررسی موضوع تحقیق و مطالعات انجام شده پیرامون موضوع

٢- شناسایی انواع تصاویر ماهواره ها

٣- انتخاب منطقه مورد مطالعه

۴- جمع آوری اطلاعات و تهیه تصاویر ماهواره ای

۵- تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده از دورسنجی و تصاویر ماهواره ای

۶- جمع بندی و تهیه و ارائه گزارشات 

 ABSTRACT:

Flood is one of the natural disasters which has been already causing lots of recompenses

and vital loss during the long history of mankind, so always the man has been thinking of

finding a way to control this natural phenomenon or fight against it. The average of annual

loss and damages of flooding in industrial and developing countries has been increased.

Some studies have shown that we can estimate the fluvial inundation by using the remote

sensing techniques. The reason is that using remote sensing control would be faster and

more precise than the traditional and common procedures. Therefore it can be used as the

working technique. The object of the present research is estimating the fluvial inundation

by remote sensing and satellite imaging facilities. Then there have been investigated the

relations between the average rates of satellite, landsat image bands and the recorded

maximum inundation in some hydro-gauge stations’ basins. According to the results of

these relations through, this article it’s considered the torrential debi for the fluvial basins

of GHARESOU, BALEKHLOUCHAI and AGHCHAI rivers in ARDEBIL province

which all of the rates have been in correspond to the estimated inundation in hydrological

procedure.

Key words: inundation; remote sensing; the basins of GHARESOU, BALEKHLOUCHAI

and AGHCHAI rivers