پهنه بندی خطر سیل در مراکز انسانی و اقتصادی استان خراسان جنوبی با استفاده از منطق فازی

مختاری هشی, حسین; رحیمی, داریوش

doi:10.22108/gep.2016.21366

تعداد نشریات	43
تعداد شماره‌ها	1,706
تعداد مقالات	13,972
تعداد مشاهده مقاله	33,552,171
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	13,307,631

پهنه بندی خطر سیل در مراکز انسانی و اقتصادی استان خراسان جنوبی با استفاده از منطق فازی

جغرافیا و برنامه ریزی محیطی

مقاله 14، دوره 27، شماره 1 - شماره پیاپی 61، خرداد 1395، صفحه 199-216 اصل مقاله (1.68 M)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22108/gep.2016.21366

نویسندگان

حسین مختاری هشی^* ¹؛ داریوش رحیمی²

¹استادیار جغرافیای سیاسی، دانشگاه اصفهان

²دانشیار اقلیم‌شناسی، دانشگاه اصفهان

چکیده

چکیده مبسوط

1- مقدمه

سیل یک پدیده طبیعی است که در هنگام بروز مانند هر بلای طبیعی دیگری دارای آثار تخریبی غیرقابل اجتناب است. بر اساس جغرافیای طبیعی کشورمان و میزان حادثه‌خیزی برخی مناطق آن، در بعضی موارد اثرات سوء ناشی از وقوع سیل موجب خسارات جانی و مالی جبران‌ناپذیری شده است. بخش اعظم مراکز انسانی کشور به‌لحاظ برخورداری از موقعیت کوهپایه‌ای و آب و هوای خشک و نیمه خشک، که در آن بارشها اغلب بصورت ناگهانی و سیل‌آسا بوده و پس از یک بارش بلافاصله روان آب‌ها ایجاد می‌شود، کشور را مستعد سیل‌خیری زیاد کرده است که سالانه خسارات هنگفتی به منابع کشاورزی و مالی مردم وارد می‌آورد. استان خراسان جنوبی نیز به‌دلیل اقلیم نیمه بیابانی و خشک و بارشهای نامنظم و سیل‌آسا، از پتانسیل سیل‌خیزی قابل توجهی برخوردار است که فعالیتهای انسانی و به‌هم خوردن تعادل اکولوژیک نیز موجب افزایش میزان خسارات شده است. لزوم مطالعه این استان از جهت پهنه‌بندی خطر سیل و مشخص کردن مراکز انسانی و اقتصادی و زیربنایی در معرض سیل یکی از گامهایی است که می‌تواند موجب افزایش آگاهی نسبت به این امر و چاره‌جویی برای آن باشد.

2- روش‌شناسی

با توجه به هدف پژوهش حاضر، داده‌های مورد نیاز شامل داده‌های اقلیمی، هیدرولوژی، توپوگرافی، کاربری اراضی، مناطق در معرض خطر سیلاب شامل قنوات، چاه، چشمه، مراکز فعالیت اقتصادی و سکونتگاه‌های انسانی می‌باشد. داده‌های اقلیمی مورد نیاز از پایگاه داده‌های سازمان هواشناسی کشور در دوره آماری 1975-2010 و استان خراسان جنوبی تهیه گردیده است. داده‌های هیدرولوژی از پایگاه داده‌های شرکت منابع آب ایران استفاده شده است. همچنین داده‌های مربوط به خسارات ناشی از سیلاب در سطح استان از سازمان جهاد کشاورزی و پایگاه داده‌های مخاطرات وزارت کشور استخراج شده است. برای تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی خطر سیلاب از روش‌های زمین آمار و تحلیل‌های فضایی و رتبه‌بندی فاکتورهای مؤثر در سیلاب فازی و با کمک نرم‌افزار GIS انجام شده است.

3- بحث

خسارات سیل در استان خراسان جنوبی در گذر زمان و با افزایش فشار جمعیت و فعالیتهای انسانی به اکوسیستم و به‌هم خوردن تعادل اکولوژیکی تشدید شده است. عوامل مختلف مؤثر در پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی استان خراسان جنوبی تحت تأثیر چهار گروه زیر می‌باشد:

گروه اول: شامل مشخصات توپوگرافی و موفولوژیک حوضه های آبی و کاربری اراضی.

گروه دوم: شامل مشخصات اقتصادی و تأسیسات زیربنایی که بیشترین خسارات را در رخدادد سیلاب‌ها متحمل می‌شوند.

گروه سوم: شامل متغییرهای دبی سالانه، دبی لحظه‌ای، بارش 24 ساعته، میزان احتمال وقوع، مقدار دبی در دوره برگشت‌های مختلف.

گروه چهارم: شامل متغییرهای میانگین دما، حداقل و حداکثر متوسط دما و نوع اقلیم می‌باشد.

لایه‌های مؤثر در سیلاب نیز شامل: شیب، شبکه زهکشی طبیعی و شرایط اقلیمی می‌باشند. وزن‌دهی به لایه‌های مؤثر در سیلاب، در چارچوب منطق فازی صورت گرفته است. شاخص‌های استفاده شده در این مورد شامل شاخص Dunn Index، FCM و ASW می‌باشد. که شاخص ASW در بین گروه‌های موثر بر خطر سیلاب به صورت زیر است: گروه 1: 79%؛ گروه 2: 8/79%؛ گروه 3: 83%؛ گروه 4: 17%. طبقه‌بندی حوضه‌های آبریز استان خراسان جنوبی از نظر خطر سیل‌خیزی و خسارات ناشی از آن نیز بصورت زیر است: 1- خطر شدید (قائن- موسویه- خوسف-سرایان)، 2- خطر نسبتاً شدید (فردوس- درح-زهان-طبس سینا)، 3- خطر متوسط (مرزی-شاهرخت- نهبندان-شاسکوه) و 4- خطر کم (قلعه زری-ده‌سلم- بندان).

4- نتیجه گیری

نتایج پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی در استان خراسان جنوبی نشان می‌دهد که بخش زیادی از جوامع انسانی ساکن در آن شامل 9 شهر و 153 روستا با مجموع بیش از 250 هزار نفر جمعیت که بیش از 37 درصد جمعیت استان را تشکیل می‌دهد، در معرض خطر سیل قرار دارند و علاوه بر آن شمار زیادی از مراکز مهم و حیاتی این استان از جمله فرودگاه، دانشگاه، نیروگاه برق و بیمارستان نیز در خطر قرار گرفته‌اند. این امر نشان می‌دهد که در گذشته فعالیتهای توسعه‌ای و مکان‌یابی و تخصیص کاربری‌های اراضی با اصول و ضوابط علمی و آمایشی انجام نشده است.

کلیدواژه‌ها

واژه‌های کلیدی: بلایای طبیعی؛ سیل؛ پهنه‌بندی؛ مراکز اقتصادی و انسانی؛ خراسان جنوبی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

0013.pdf

اصل مقاله

1-مقدمه

مطابق آمار سازمان ملل متحد، در میان بلایای طبیعی، سیل و طوفان بیشترین تلفات و خسارات را به جوامع بشری وارد آورده‌اند، در دهه‌های اخیر میزان وقوع بلایای طبیعی به‌طور نگران کننده‌ای افزایش یافته است. سیلابهایمهمجهان در یکدورهیازدهساله از1986تا1996، حدود 19موردومیزانمرگومیرآنها19714نفرومیزانخساراتنزدیکبه100میلیارددلارو سالانهحدود9میلیارددلاراست(وزارت نیرو، 1385: 10). در ایران در طی 50 سال از 1320 تا 1370 وقوع 3700 مورد سیل به ثبت رسیده است (خسروشاهی 1376) و در اغلب سال‌های گذشته حدود 70درصد اعتبارات سالانه طرح کاهش اثرات بلایای طبیعی و ستاد حوادث غیرمترقبه، صرف جبران خساران ناشی از سیل شده است. متأسفانه روند توسعه در کشورهایی نظیر ایران باعث تخریب محیط زیست و منابع طبیعی شده و خسارات سیل را به مراتب افزایش داده است که رشد 250 درصدی خسارات ناشی از سیل در کشور در پنج دهه گذشته مؤید این مدعاست (وطن فدا، 1381: 302). با توجه به علل مختلف و مؤثر در بروز سیل، می‌توان با اعمال ‏، اقدامات و راه‏کارهای علمی و عملی، از روی دادن بسیاری از سیلابها پیشگیری کرده و در سیلهایی که توانایی پیشگیری از آنها نیست، با انجام تدابیر مختلف، از جمله پهنه‌بندی و تعیین کاربری مناسب برای مناطق سیل‌گیر، خسارات ناشی از آن را کاهش داد (وهابی، 1376). در ارتباط با پهنه‌بندی سیل پژوهشهای زیادی صورت گرفته که به برخی از آنها اشاره می‌شود: افتخاری و همکاران(1388)، صادقی و همکاران(1382)، حاجی قلیزاده (1383)، امیراحمدی و همکاران (1390)، محمودزاده و همکاران (1394)، خیری‌زاده و همکاران(1391)، شعبانلو و همکاران(1387) با در نظر گرفتن فاکتورهای مانند شدت و تداوم بارش، کاربری اراضی، ارتفاع، شیب آبراهه و سیلاب‌دشت‌ها، استقرار نقاط سکونتگاهی و مراکز اقتصادی، شرایط اقلیمی، نیمرخ عرضی رودخانه‌ها، نسبت انشعاب، حداکثر سیلاب لحظه‌ای و دوره برگشت‌های آن، خصوصیات ژئومورفولوژی و سنگ‌شناسی به پهنه‌بندی خطر سیلاب در مناطق مختلف مانند استان گلستان، شهر نیشابور، تبریز، حوضه‌های آبی گرگانرود، مراق چای پرداخته و نتیجه گرفته‌اند که با کمک فاکتورهای ذکر شده و تکنیک‌هایی مانند AHP، ANP با استفاده از نرم‌افزارهای GIS وHEC-RAS می‌توان به یک پهنه‌بندی مناسب دست یافت.

2- مفاهیم نظری

الف: سیل: سیل به جریانی گفته می‌شود که: 1- جریان آب برای مقطع خاصی از رودخانه بیش از جریان عادی باشد، 2- تداوم زمانی محدودی داشته باشد، 3- جریان آب از بستر طبیعی خود خارج و اراضی پست حاشیه رودخانه را فرا گیرد، 4- خسارات جانی یا مالی به همراه داشته باشد (مهدوی 1376). سیل جریانی است که نسبت به میانگین حجم آب در طول رودخانه بالاتر باشد(Wohl, 2000: 4).

ب: عوامل اصلی وقوع سیل: عوامل مختلفی باعث وقوع سیلاب و آب گرفتگی می‌شوند که مهمترین آنها عبارتند از عوامل اقلیمی، عوامل هیدرولوژیکی و عوامل انسانی (WMO, 2008).

ج: پهنه‌بندی خطر سیل: پهنه‌بندی خطر سیل در واقع ابزاری اساسی برای مدیریت و کاهش خطرات سیل است و وسیله‌ای قانونی در دست دولت و مسئولان برای کنترل و مدیریت کاربری‌های ارضی و برنامه‌های توسعه، همزمان با کاهش خطرات سیل و حفاظت از محیط زیست (تلوری، 1376: 103-96).

د: خسارات سیلاب: به طور کلی خسارات سیل در دو گروه طبقه‌بندی می‌شود که در شکل 1 آمده است:

شکل 1. طبقه‌بندی خسارات ناشی از وقوع سیل (وزارت نیرو، 1385: 30)

3- داده‌ها و روش

داده‌ها: با توجه به هدف پژوهش حاضر، داده‌های مورد نیاز شامل داده‌های اقلیمی، هیدرولوژی، توپوگرافی، کاربری اراضی، مناطق در معرض خطر سیلاب شامل قنوات، چاه، چشمه، مراکز فعالیت اقتصادی و سکونتگاه‌های انسانی است. داده‌های اقلیمی مورد نیاز از پایگاه داده‌های سازمان هواشناسی کشور در دوره آماری 1975-2010 و استان خراسان جنوبی تهیه گردیده است. داده‌های هیدرولوژی از پایگاه داده‌های شرکت منابع آب ایران استفاده شده است. همچنین داده‌های مربوط به خسارات ناشی از سیلاب در سطح استان از سازمان جهاد کشاورزی و پایگاه داده‌های مخاطرات وزارت کشور استخراج شده است. از آنجایی که بخشی از داده‌های هواشناسی و هیدرولوژی ناقص می‌باشد، لذا جهت برطرف نمودن نقص داده‌ها و همگن‌سازی آنها به کمک روش زیر انجام شده است که نتایج آن در جدول 1 ارائه گردیده است.

(1)

Ne: تعداد سال مجاز برای تطویل آمار، n: تعداد سالهای آماری مربوط به آمارهای کوتاه مدت

N: ضریب همبستگی بین دو متغیر قبل از تطویل آمار و r: ضریب همبستگی

جدول 1. معادله رگرسیون جهت بازسازی آمار دبی سالیانه ایستگاههای ناقص با استفاده از ایستگاه تیمنک

نام ایستگاه ناقص	R	معادله	تعداد سال بازسازی شده
جعفر مشهدی	38/0		5
صنوبر	32/0		-
ایرج آباد	31/0		4
نیازطبس	40/0		1
منصورآباد	48/0		13
افین	18/0		6
خونیک علیا	44/0		2
فرخی	49/0		6
باغ عباس	27/0		-
کلاته رحمان	45/0		2
غار شیشه	15/0		1

مأخذ: محاسبات نگارندگان

جدول 2. روابط وزن‌دهی فازی

شاخص

رابطه

اجزاء

رفرنس

DunnIndex

Min: حداقل فاصله

Max:حداکثر فاصله

C: فاصله متغییر

Dunn, J. C. (1973).

Fuzzy-C-mean

متغیر

طبقاتفازی:

: درجه عضویت

Bezdek, James C. (1981)

روش: تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی خطر سیلاب به داده‌های متنوعی مانند داده‌های اقلیمی، هیدرولوژی، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، شیب، ارتفاع و فعالیت‌های انسانی نیاز دارد. بنابراین تکنیک‌های انتخابی جهت استخراج نتایج شامل روش‌های زمین آمار و تحلیل‌های فضایی و رتبه‌بندی فاکتورهای مؤثر در سیلاب فازی و با کمک نرم‌افزار GIS انجام شده است.

با توجه به مدل مفهومی ارائه شده بررسی احتمال رخداد داده‌های حداکثر دبی و بارش روزانه از دیگر اقداماتی بوده که با استفاده از نرم‌افزار Minitab انجام گرفته است. به‌منظور انتخاب مدل بهینه توزیع‌های آماری از شاخص p-value در سطح اطمینان 95% استفاده شده است.

تعلق وزن مناسب به لایه‌ها و داده‌های مؤثر در پهنه‌بندی خطر سیلاب در استان خراسان جنوبی در روش فازی از شاخص‌های DunnIndex، Fuzzy C-Means (FCM)، استفاده شده است. این شاخص‌ها به کمک روابط ارائه شده در جدول 2 در محیط نرم‌افزار S-plus2000 محاسبه گردیده است

لازم به ذکر است که نتایج محاسباتی این شاخص‌ها در بخش یافته‌های پژوهش ارائه شده است. در نهایت با توجه به مدل مفهومی ارائه شده نقشه ‌پهنه‌بندی خطر سیلاب در استان خراسان جنوبی تهیه گردیده است.

شکل 2. مدل مفهومی پژوهش (نگارندگان)

4- یافته‌های تحقیق

1-4- میزان خسارات سیل در استان خراسان جنوبی

خسارات سیل در استان خراسان جنوبی در گذر زمان و با افزایش فشار جمعیت و فعالیتهای انسانی به اکوسیستم و به‌هم خوردن تعادل اکولوژیکی تشدید شده است. جدول 3 خسارات وارده به استان را در طی یک دوره 18 ماهه نشان می‌دهد که اقارم آن بسیار قابل تأمل است.

جدول 3. میزان خسارات وارده بر اثر سیل در استان خراسان جنوبی

خسارات منابع آبی، قنات، چاه، استخر	خسارت باغی		خسارات زراعی		خسارات وارده			مشخصات		شهرستان
تعداد	محصول (تن)	مساحت زمین (هکتار)	محصول(تن)	مساحت زمین(هکتار)	ساختمانهای کشاورزی	طیور	دام	حادثه
تعداد	محصول (تن)	مساحت زمین (هکتار)	محصول(تن)	مساحت زمین(هکتار)	تعداد	تعداد	تعداد	زمان	نوع
22	0	0	500	835	21	0	20	آبان ماه 84	سیل	سربیشه
5	0	0	1040	280	1	0	0	19/11/84	سیل	سربیشه
12	0	0	0	0	0	0	0	27/2/85	سیل	قاینات
2	60	30	1680	210	5	0	400	20/11/85	سیل	قاینات
1	28	4	84	10	0	0	30	24/8/85	سیل	درمیان
1	0	0	400	1	1	0	0	26/11/85	سیل	درمیان
0	502	5000	1520	7570	2	0	70	16/2/85	سیل	بیرجند
43	590	5034	5224	18905	30		520	7		جمع

ماخذ: جهاد کشاورزی استان خراسان جنوبی1388

2-4- تأثیر عوامل مختلف مؤثر در پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی استان خراسان جنوبی

بر اساس مدل فاصله اقلیدسی مهمترین شاخص‌ها در چهار گروه شامل:

1- گروه اول مشخصات توپوگرافی و موفولوژیک حوضه های آبی و کاربری اراضی.

2- گروه دوم شامل مشخصات اقتصادی و تأسیسات زیربنایی که بیشترین خسارات را در رخداد سیلاب‌ها متحمل می‌شوند.

3- گروه سوم در برگیرنده متغییرهای دبی سالانه، دبی لحظه‌ای، بارش 24 ساعته، میزان احتمال وقوع، مقدار دبی در دوره برگشت‌های مختلف.

4- گروه چهارم متغییرهای میانگین دما، حداقل و حداکثر متوسط دما و نوع اقلیم می‌باشد.

3-4- مشخصات هیدرومورفی حوضه‌های آبی استان خراسان جنوبی

در مطالعات طبیعی مانند اقلیم شناسی، هیدرولوژی، سیل‌خیزی و ... حوضه‌های آبی به‌عنوان واحدهای مطالعاتی و اجرایی جهت برنامه‌ریزی انتخاب می‌گردند. در پژوهش حاضر نیز با توجه به هدف آن، حوضه‌های آبی به‌عنوان واحدهای مطالعاتی انتخاب گردیده‌اند. این حوضه‌های آبی که در واقع معبر انرژی و ماده محسوب می‌گردند، بخشی از رفتار هیدرواقلیمی خود را تابع مشخصات هیدرومورفی مانند مساحت، ارتفاع، نسبت‌های فیزیوگرافی و شیب می‌باشند. براساس محاسبات و تدوین داده‏های DEM استان و واحدهای هیدرولوژیکی تعریف شده وزارت نیرو (درمورد حوضه‌های دارای ایستگاه آب‌سنجی و حوضه‌های آبخیز استان) دارای خصوصیاتی به شرح جداول 4 و 5 هستند.

جدول 4. مشخصات و موقعیت ایستگاه‌های هیدرومتری استان خراسان جنوبی(واحدهای هیدرولوژیک وزارت نیرو)

نام ایستگاه	محیط(کیلومتر)	مساحت حوضه(کیلومتر)	متوسط بارندگی حوضه	ضریب گراولیوس	شیب آبراهه اصلی(درصد)	شیب حوضه (درصد)	طول آبراهه اصلی (کیلومتر)	ارتفاع متوسط حوضه(متر)
جعفر مشهدی	5/246	2173	95/179	3/1	73/0	5/0	25	4/915
صنوبر	5/37	85	365	14/1	2/5	82/10	5/14	8/210
ایرج آباد	353	805	220	32/1	5/1	3/1	5/57	1346
نیازطبس	124	9/187	211	45/1	9/3	33	46	1828
منصورآباد	95	346	202	43/1	6/1	1/3	37	2180
افین	5/137	665	224	5/1	3	9/2	5/32	1800
خونیک علیا	129	2408	150	5/1	9/1	4/2	29	1910
فرخی	312	3669	194	44/1	1	77/2	105	1691
باغ عباس	5/82	285	336	41/1	5/1	5/11	25	1988
کلاته رحمان	5/51	121	350	32/1	1/2	6/19	20	2085
تیمنک	102	505	258	28/1	1/1	3/4	33	1428
غار شیشه	5/38	75	368	25/1	03/3	1/25	15	2211

ماخذ: محاسبات نگارندگان

جدول 5. خصوصیات هیدرومورفی حوضه‌های آبخیز استان خراسان جنوبی

زیر حوضه	مساحت	اختلاف ارتفاع	طول آبراهه	زمان تمرکز (ساعت)	زمان تاخیر (ساعت)	زمان بارش موثر(ساعت)	زمان اوج (ساعت)	دبی حداکثر(متر مکعب به ازای رواناب)
خوسف	9100	1800	75/188	52/22	87/14	3	36/16	67/115
قلعه زری	13000	1900	119	95/12	55/8	72/1	41/9	45/287
ده سلم	12000	1900	2/144	16/16	67/10	15/2	74/11	55/212
نهبندان	6500	1800	4/110	12/12	8	61/1	81/8	51/153
بندان	2300	1800	4/112	38/12	17/8	65/1	99/8	2/53
درح	5800	1900	38/137	28/15	09/10	03/2	10/11	64/108
مرزی	790	800	7/20	4/2	58/1	32/0	74/1	39/94
طبس سینا	6800	2100	7/156	12/17	30/11	28/2	44/12	72/113
پترگان	5700	2100	86/131	03/14	26/9	87/1	19/10	35/116
شاهرخت	1300	800	36/40	18/5	42/3	69/0	76/3	83/71
شاسکوه	940	1900	3/34	08/3	03/2	41/0	24/2	45/87
قائن	5500	1900	66/127	04/14	27/9	87/1	2/10	14/112
موسویه	5200	1200	5/95	99/11	91/7	59/1	71/8	21/124
سرایان	7400	1900	43/85	83/8	83/5	17/1	41/6	94/239
فردوس	6/7413	1400	188	6/24	3/16	27/3	93/17	86

ماخذ: محاسبات نگارندگان براساس نقشه‌های توپوگرافی استان

4-4- تحلیل و برآورد مقادیر دبی حداکثر

الف: حوضه‌های دارای آمار دبی

طبق بررسی‌های صورت گرفته، عوامل حدی بارش در مناطقی با اقلیم خشک مهمترین نقش را در ایجاد سیلاب‌های بزرگ دارند. البته علاوه بر آن تخریب سازه‌های آبی مانند سد، عدم رعایت حریم آبراهه و تغییرات شدید کاربری اراضی در آن از مهمترین عوامل ایجاد سیلاب است. به‌منظور برآورد تقریبی و درست از سیلاب‌ها در استان خراسان جنوبی داده‌های حدی دبی در هر حوضه مورد بررسی قرار گرفته(جدول 6) تا مقادیر آن در دوره برگشت‌های مؤثر در ایجاد خسارت مشخص گردد. بدین منظور مقادیر دبی حدکثر هر ایستگاه طی دوره آماری به کمک توابع انتقال توزیع آماری در سطح اطمینان 95% مورد آزمون قرار گرفتند. نمودارهای 1 تا 3 توزیع مناسب آماری هر ایستگاه را نشان می‌دهند. همچنین براساس فاکتورهایی مانند احتمال وقوع و دوره برگشت مقادیر دبی حداکثر برآوردگردیده است(جدول 7).

جدول 6. دبی حداکثر ایستگاه‌های منطقه پس از باز‌سازی

جعفر مشهدی

صنوبر

ایرج آباد

نیازطبس

منصورآباد

افین

خونیک علیا

فرخی

باغ عباس

کلاته رحمان

تیمنک

غار شیشه

حداقل

2/9

5/1

2/9

2/2

1/1

4/0

1/3

7/1

3/0

7/5

حداکثر

340

4/221

4/111

9/116

1/112

8/217

96/0

6/123

6/207

1/91

3/218

8/249

میانگین

1/97

8/33

7/22

2/53

5/29

8/29

1/18

6/54

9/21

3/67

1/37

واریانس

9/7166

5/1991

8/477

4/873

9/984

8/2452

7/390

2/1264

7/4584

8/495

1/3204

1/3016

انحراف معیار

7/84

6/44

9/21

6/29

4/31

5/49

8/19

6/35

7/67

3/22

6/56

9/54

ضریب تغییرات

132

106

166

109

124

102

148

ماخذ: محاسبات نگارندگان

شکل 3. نمودار توزیع داده‌های دبی حداکثر (LEV) شکل 4. نمودار توزیع داده‌های دبی حداکثر (LEV)

شکل 5. نمودار توزیع داده‌های دبی حداکثر (Lognormal)

جدول 7. حداکثر دبی لحظه‌ای در دوره بازگشتهای مختلف حوضه‌های مجاور منطقه مطالعاتی (مترمکعب برثانیه)

دوره بازگشت	احتمال وقوع	جعفر مشهدی	صنوبر	ایرج آباد	نیازطبس	منصورآباد	افین	خونیک علیا	فرخی	باغ عباس	کلاته رحمان	تیمنک		غار شیشه
دوره بازگشت	احتمال وقوع	گامبل		لوگ نرمال	لوگ نرمال	گامبل		گامبل	لوگ نرمال	لوگ نرمال	گامبل		لوگ نرمال	گامبل
100	1	409	184	6/86	152	240	269	1/75	184	643	105	266		390
50	2	351	143	75	135	176	188	5/64	160	436	4/88	230		268
235	4	292	108	3/63	118	124	125	9/53	136	283	4/72	193		176
10	10	214	8/69	5/47	6/94	8/72	3/67	6/39	103	145	3/51	144		5/92
5	20	154	5/46	2/35	2/76	1/44	5/37	6/28	8/76	5/77	4/35	105		4/50
2	50	8/71	3/21	8/17	3/48	9/16	3/12	6/13	40	4/23	7/14	8/51		8/15

ماخذ: محاسبات نگارندگان

ب: حوضه‌های فاقد آمار دبی

روش هیدروگراف واحد مصنوعی یکی از روشهای ابداعی هیدرولوژیستها جهت برآورد دبی در حوضه‌های فاقد آمار بارش و دبی ثبت شده است که بر اساس خصوصیات فیزیکی حوضه‌ها قابل محاسبه است و دو روش معمول آن، روش اشنایدر و SCS است. در این پژوهش از روش SCS استفاده شده است، جدول 8 مقادیر شاخص‌های مذکور در زیر حوضه‌های 14 گانه استان را نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که با بررسی هیدروگراف‌های واحد ترسیم شده در بین زیرحوضه‌های استان، زیرحوضه پترگان با دبی 2/53 متر مکعب در ثانیه کمترین و زیرحوضه درح با دبی 287 متر‌مکعب در ثانیه بیشترین است.

جدول 8.. رتبه سیل‌خیزی زیرحوضه‌های استان خراسان جنوبی بر اساس شاخص SCS

زیر حوضه	مساحت	دبی حداکثر	دبی ویژه	ضریب گراولیوس
خوسف	940	45/87	09/0	22/1
قلعه زری	12000	55/212	02/0	23/1
ده سلم	1300	83/71	06/0	36/1
نهبندان	5800	64/108	02/0	41/1
بندان	5200	21/124	02/0	42/1
درح	13000	45/287	02/0	43/1
مرزی	6/7413	86	011/	45/1
طبس سینا	9100	67/115	01/0	49/1
پترگان	2300	2/53	02/0	49/1
شاهرخت	5500	14/112	02/0	55/1
شاسکوه	6800	72/113	02/0	58/1
قائن	5700	35/116	02/0	6/1
موسویه	7400	94/239	03/0	76/1
سرایان	6500	51/153	02/0	79/1
فردوس	7413	86	011/0	6/1

ماخذ: محاسبات نگارندگان

5-4- لایه‌های مؤثر در سیلاب

1- شیب

‌از نظر شیب طبقه شیب 2-0 درصد حدود 99/50 درصد و طبقه بیشتر از 65 درصد با 04/0 درصد به ترتیب بیشترین و کمترین سهم از وسعت استان را در بر دارند. بیش از 22/91 درصد استان در طبقات شیب کمتر از 15 درصد قرار دارد که این امر نشان‌دهنده بالا بودن سطوح آبگیر یا سیلاب‌دشت‌ها در مناطق حاشیه رودخانه‌ها می‌باشد(نقشه 1).

2- شبکه زهکشی طبیعی

شبکه هیدروگرافی هر حوضه تحت تأثیر عواملی چون اقلیم، خاک و پوشش گیاهی، جنس سازنده و خصوصیات فیزیکی حوضه شکل گرفته و تکامل می‌یابد‌.‌ با شناخت وضعیت آبراهه‌های یک حوضه می‌توان به چگونگی تغذیه و تخلیه رواناب و رسوب در حوضه و فرسایش‌پذیری آن پی برد‌.‌ در استان خراسان جنوبی ضریب تراکم 248 کیلومتر به ازای هر کیلومتر مربع و نسبت انشعاب برابر با 46/5 می‌باشد(نقشه 2).‌

3- شرایط اقلیمی

دما: قاین با دمای 9/11 درجه سانتیگراد به عنوان سردترین نقطه استان در فصل سرد سال و خنک‌ترین نقطه در طول سال است. ‌ایستگاه سربیشه با درجه حرارت متوسط سالیانه 9/12 درجه سانتیگراد، منصورآباد با دمای متوسط سالانه 5/13 درجه سانتگراد در رتبه بعدی قرار دارد، بعد از آن ‌ایستگاه‌های بیرجند، خوسف و نهبندان قرار دارند. بالاترین درجه حرارت مربوط به‌ایستگاه‌های بشرویه با 1/19، نهبندان با 5/17 و فردوس با دمای 2/17درجه سانتیگراد است.

بارش: کمترین میزان بارندگی استان از ‌ایستگاه‌های سهل‌آباد، حیدر‌آباد و ده‌سلم به میزان 5/31، 5/35 و 36 میلیمتر (جنوب و جنوب غربی استان در حاشیه کویر لوت) و بالاترین مقدار آن به میزان بیش از 200 میلیمتر در‌ ایستگاه‌های فتح‌آباد، موسویه، منصور‌آباد و بیهود (عموماً در بخشهای شمالی استان و مناطق کوهستانی قرار گرفته‌اند) گزارش شده، که بیانگر نوزیع بسیار نامنظم بارش در گستره مکانی استان است.

تبخیر و تعرق: میزان تبخیر از سطح طشت (آبهای آزاد) از میلیمتر2425 در‌ ایستگاه قاین تا 3540 میلیمتر در ‌ایستگاه خور بیرجند در نوسان بوده و علاوه بر آن بیشترین میزان تبخیر ماهانه مربوط به ماههای تیر و مرداد است (نقشه 3 طبقه‌بندی اقلیمی استان خراسان جنوبی را نشان می‌دهد).

ترسیم: نگارندگان

شکل 8.. نقشه طبقه‌بندی اقلیمی استان خراسان جنوبی

ترسیم: نگارندگان

6-4- تحلیل فضایی مخاطرات سیل در مراکز جمعیتی و اقتصادی استان خراسان جنوبی

بر اساس جدول 9، 9 مرکز شهری استان و 153 نقطه روستایی آن در معرض خطر سیل قرار دارند. جمعیت نقاط شهری در معرض خطر سیلاب برابر با 213199 نفر و جمعیت روستایی در معرض خطر سیل برابر با 32684 نفر است که شهرستانهای قاین و بیرجند بیشترین تعداد و سایر شهرستان‌ها در رتبه‌های بعدی قرار دارند. علاوه بر آن تعداد 113 کارگاه اقتصادی استان با جمعیت 4598 نفر در معرض خطر سیل قرار گرفته که از این تعداد شهرستان بیرجند به‌دلیل جایگاه اقتصادی و تمرکز کارگاه‌ها در آن بیشتر در معرض خطر سیل قرار دارد. از دیگر موارد مراکز قابل توجه و مهم که در معرض سیلاب قرار دارد، تأسیسات مهمی مانند دانشگاه، بیمارستان، گمرک، نیروگاه، فرودگاه، پمپ بنزین و پستهای 400 و 132 کیلوولت است که با توجه به اهمیت این مناطق در امر مدیریت بحران و خدمات‌رسانی به سیل‌زدگان از اهمیت بالایی برخوردار هستند. تعداد این تأسیسات به 21 واحد می‌رسد که بیشترین تعداد آن در شهرستان بیرجند، قاین و نهبندان قرار دارند.

تحلیل اطلاعات جمع‌آوری شده طی دوره آماری 1365 تا 1391 نشان می‌دهد که بیشتر بخش‌های شمالی استان شامل شهرستانهای قاینات، سربیشه و بیرجند در معرض خطر سیل قرار داشته‌اند که در‌این میان تخریب 3965 هکتار اراضی کشاورزی، 660 رشته قنات، 340 دهنه پل، 5295 واحد مسکونی، مرگ 7 انسان و 3753 راس دام ازجمله خسارات آن هستند. جدول 9 نقاط جمعیتی (شهری و روستایی) کارگاه‌ها و تأسیسات در معرض خطر سیل استان را بازگو نموده و نقشه 4 توزیع فضایی نقاط ذکر شده در جدول 9 را نشان می‌دهد.

جدول 9. نقاط جمعیتی و تأسیسات مهم قرار گرفته در محدوده خطر سیل

عنوان شهرستان	شهر		روستا		کارگاه		تاسیسات مهم*	قنات
عنوان شهرستان	تعداد	جمعیت(نفر)	تعداد	جمعیت(نفر)	تعداد	جمعیت(نفر)	تاسیسات مهم*	قنات
بیرجند	2	170206	15	2018	75	2958	9	33
درمیان	1	4839	21	8451	1	300	1	42
سرایان	1	5067	10	3145	3	61	1	-
سربیشه	1	6780	22	3225	6	100	1	23
قاینات	3	9043	42	9149	21	745	6	29
نهبندان	1	17264	43	6696	7	434	3	12
جمع کل	9	213199	153	32684	113	4598	21	139

مأخذ: معاونت برنامه‌ریزی استان خراسان جنوبی سال 1385

* تأسیسات مهم شامل: دانشگاه، بیمارستان، گمرک، نیروگاه، فرودگاه، پمپ بنزین شهر سده و پستهای 400 و 132 کیلوولت است.

از دیگر مواد مهم در این زمینه قناتها به عنوان مهمترین منبع تأمین آب در استان است که به‌دلیل پیروی نمودن قنوات از شکل مخروطه ‌افکنه و همچنین سیل‌گیر بودن این عارضه (مخروطه افکنه) میزان خطرپذیری آن را افزایش داده است.

شکل 9. نقشه توزیع فضایی شهرها و مراکز اقتصادی و زیربنایی در معرض خطر سیل در استان خراسان جنوبی

ترسیم: نگارندگان

7-4- وزن‌دهی به لایه‌های مؤثر در سیلاب

همان‌گونه که در روش تحقیق اشاره گردید، وزن‌دهی لایه‌های موثر در سیلاب در چارچوب منطق فازی صورت گرفته است. شاخص‌های استفاده شده در این مورد شامل شاخص DunnIndex، FCM و ASW می‌باشد.

شاخص Dunn: این شاخص بیانگر عضویت در گروه توأم با کمترین واریانس می‌باشد. مقدار این شاخص برای گروه‌بندی‌ها و تعیین شاخص‌ها و وزن لایه مؤثر در سیلاب برابر با 713/0 می‌باشد.

شاخص FCM: این شاخص درمورد لایه‌های مختلف به شرح جدول 10 می‌باشد.

جدول 10. شاخص FCM در لایه‌های مختلف

اعضا	خوشه اصلی	همسایه	میانگین همپوشانی
1	1	3	0.86
3	1	3	0.85
14	1	3	0.85
8	1	3	0.60
6	2	4	0.82
2	2	4	0.78
9	3	4	0.86
11	3	4	0.84
4	3	4	0.80
5	3	4	0.79
12	4	3	0.42
7	4	2	0.35
10	4	3	0.14
13	4	3	0.25-

براساس شاخص مذکور بیشترین وزن متعلق به متغیرهای به گروه اول شامل عوامل بارش سالانه، حداکثر بارش روزانه، شیب و شبکه آبراهه می‌باشد و کمترین تعلق مربوط به نوع اقلیم می‌باشد. همچنین گروه اول شامل متغیرهای هیدروکلیماتولوژی در همپوشانی با عوامل جمعیتی و اقتصادی بیشترین تأثیر را در ایجاد خطرپذیری سیلاب ایفا می‌کنند.

شاخص ASW: این شاخص به عنوان شاخص میزان همپوشانی گروه‌ها و همپوشانی عوامل مؤثر بر سیلاب است. در واقع بیانگر میزان هم‌افزایی در مقادیر مثبت بالاتر از 60% یا کاهشی در مقادیر کمتر از 60% می‌باشد. مقدار این شاخص برای گروه‌های چهارگانه مؤثر بر خطر سیلاب استان خراسان جنوبی به شرح جدول 11 است.

جدول 10. شاخص ASW در بین گروه‌های موثر بر خطر سیلاب

گروه	گروه1	گروه2	گروه3	گروه4
ASW	79%	8/79%	83%	17%

براساس جدول 11 فاکتورهایی ماند دبی سالانه، دبی لحظه‌ای، حداکثر بارش روزانه، احتمال وقوع و میزان دبی در دوره برگشت‌های مختلف با شاخص همپوشانی 83% بیشترین سهم را در ایجاد سیلاب‌ها و خطرات آن دارند. فاکتورهای توپوگرافی مانند ارتفاع، شیب، کاربری اراضی، تراکم آبراهه و رتبه آبراهه با 8/79% در رتبه دوم و استقرار نقاط سکونتگاهی، تأسیسات زیربنایی، منابع تأمین آب با 79% در رده سوم قرار دارند و فاکتورهای اقلیمی مانند دما، تبخیر و نوع اقلیم با 17% در رده آخر اهمیت قرار دارند. بر اساس توزیع فضایی و جغرافیایی کانونهای سیل‌خیزی در استان و انطباق آن با نقشه ارتفاعی، هم‌بارش و هم‌اقلیم می‌توان گفت که بخش کوهستانی استان به دلایلی مانند شیب بیشتر، بارش بالاتر، بهتر بودن شرایط همرفت (مکانیسم بارش‌های ناگهانی) تعداد بیشتر شبکه زهکشی و استقرار نقاط جمعیتی و اقتصادی در این ناحیه، نسبت به ناحیه بیابانی استان (جنوبی، غربی و جنوب شرقی) به‌دلیل شیب پایین، کمبودن میزان بارندگی، بالا بودن تبخیر (در حین بارش) از خطر سیل‌خیزی بیشتر و میزان خسارت بالاتری برخوردار است. براساس نتایج حاصله از لایه‌بندی مختلف ارائه شده در بالا و وزن‌های اختصاص‌یافته به لایه‌های مختلف، حوضه‌های آبخیز استان از نظر خطر سیل‌خیزی و خسارات ناشی از آن به شرح جدول 12 و نقشه 5 است.

جدول 12. طبقه‌بندی حوضه‌های آبریز استان خراسان جنوبی از نظر خطر سیل‌خیزی و خسارات ناشی از آن

شدت خطر	نام حوضه‌ها
شدید	قائن- موسویه- خوسف-سرایان
نسبتاً شدید	فردوس- درح-زهان-طبس سینا
متوسط	مرزی-شاهرخت- نهبندان-شاسکوه
کم	قلعه زری-ده‌سلم- بندان

شکل 10. نقشه طبقه‌بندی خطر سیل‌خیزی در حوضه‌های آبریز استان خراسان جوبی

ترسیم: نگارندگان

5- نتیجه‌گیری

بلایای طبیعی همواره زندگی بشر را تحت تأثیر قرار داده است و گریزی از آنها وجود ندارد و بناچار باید با آنها همزیستی کرد و سنگ بنای این امر نیز شناخت درست و مواجهه اصولی با بلایای طبیعی است. از میان انواع گوناگون بلایای طبیعی، برپایه آمار و اطلاعات موجود، سیل بیش از سایرین موجب تلفات و خسارات به جوامع انسانی و زیرساختهای اقتصادی شده است. ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی خود با انواع مختلف بلایای طبیعی مواجه است که از این میان همواره در طول سال اخباری از سیل‌گرفتگی شهرها، روستاها و زیرساختهای کشور با خسارات و تلفات قابل توجه به گوش میرسد. استان خراسان جنوبی با توجه به طبقه‌بندی اقلیمی از نوع خشک و بیابانی و وقوع بارش‌های سیل‌آسا و رگباری در آن به‌طور طبیعی از پتانسیل سیل‌خیزی بالایی برخوردار است که علاوه بر آن روند توسعه‌ناپایدار و به‌هم خوردن تعادل اکولوژیک موجب تشدید این وضعیت شده است. نتایج پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی در این استان نشان می‌دهد که بخش زیادی از جوامع انسانی ساکن در آن شامل 9 شهر و 153 روستا با مجموع بیش از 250 هزار نفر جمعیت که بیش از 37 درصد جمعیت استان را تشکیل می‌دهد، در معرض خطر سیل قرار دارند و علاوه بر آن شمار زیادی از مراکز مهم و حیاتی این استان از جمله فرودگاه، دانشگاه، نیروگاه برق و بیمارستان نیز در خطر قرار گرفته‌اند. این امر نشان می‌دهد که در گذشته فعالیتهای توسعه‌ای و مکان‌یابی و تخصیص کاربری‌های اراضی با اصول و ضوابط علمی و آمایشی انجام نشده است. عدم اصلاح این رویه‌ها و چاره‌جویی برای وضع موجود،

همواره یک بحران خفته و اتلاف منابع انسانی و اقتصادی را نوید می‌دهد. بنابراین لازم است در این خصوص مطالعه و اطلاع‌رسانی شایسته صورت گرفته و نسبت به تبعات ادامه وضع موجود به مسئولین، مردم و فعالان اقتصادی هشدار داده شود. چرا که علاوه بر تلفات و خسارات جانی و مالی فراوان، ممکن است مراکز فعالیت اقتصادی نیز برای همیشه نابود شود که این امر موجب تشدید چرخه فقر و عقب‌ماندگی در این استان محروم می‌شود.

مراجع

منابع

افتخاری، عبدالرضا رکن‌الدین، سجاسی قیداری، حمدالله و صادقلو، طاهره (1388)، ارزیابی پهنه‌بندی روستاهای در معرض خطر سیلاب با استفاده از مدل HEC-GeoRAS در محیط GIS مطالعه موردی: روستاهای حوزه گرگانرود. مجله توسعه روستایی؛ پاییز و زمستان 1388 - 1 - پیاپی 36.

امیراحمدی، ابوالقاسم؛کرامتی، صغری واحمدی، طیبه (1390)، ریزپهنه‌بندیخطرسیلابدرمحدودهشهرنیشابوردرراستایتوسعهشهری، مجلهپژوهشوبرنامه‌ریزیشهری،سالدوم،هفتم.

تلوری، عبدالرسول (1376)، مدیریت و مهار سیلاب، کارگاه آموزشی و تخصصی مهار سیلاب رودخانهها، انجمن هیدرولیک ایران.

جهاد کشاورزی استان خراسان جنوبی (1388)، سالنامه آماری استان.

حاجیقلیزاده، م. (1383)، «بررسی نقش دخالتهای انسانی بر رفتار سیل در بخشی از رودخانه کن تهران»، پایاننامه کارشناسیارشد آبخیزداری، دانشکده منابعطبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس.

خسروشاهی، م. (1376)، «بهسازی و اصلاح مسیر رودخانهها»، کارگاه آموزشی تخصصی مهار سیلاب رودخانهها، انجمن هیدرولیک ایران.

خیری‌زاده،منصور؛ ملکی، جبرائیل و عمونیا، حمید(1391)، پهنه‌بندیپتانسیلخطروقوعسیلابدرحوضهآبریزمردق‌چای بااستفادهازمدلANP،پژوهشهایژئومورفولوژیکمی، 3،زمستان1391.

زمانی، مجید؛ جمشیدی، ارنواز و نبوتی، احسان (۱۳۸۵)،روشهای پیشگیری و کاهش خسارات سیل و بررسی وضعیت سیل کشور، سیزدهمین کنفرانس دانشجویان مهندسی عمران سراسر کشور، کرمان، دانشگاه شهید باهنر کرمان.

شعبانلو،سعید؛ صدقی، حسین؛ثقفیان، بهرام وموسویجهرمی،حبیب(1387)، پهنه‌بندیسیلابدرشبکهرودخانه‌هایاستانگلستانبااستفادهازGIS، مجلهپژوهشآب ایران، سالدوم/سوم/پائیزوزمستان1387.

صادقی، س.ح.ر؛ جلالی‌راد، ر. و علیمحمدی سراب، ع، (1382)، «پهنهبندی سیل با استفاده از نرمافزار HEC-RAS و سامانه اطلاعات جغرافیایی (منطقه مورد مطالعه: حوضه آبخیز شهری دارآباد تهران)»، پژوهشنامه علومکشاورزی و منابعطبیعی خزر، ش 2: 34-47.

صدقی، حسین (1373)، هیدرولوژی سیلاب، مجله عمران، 21 ﺹ۲۱-۱۴.

محمودزاده،حسن؛ امامی‌کیا، وحید و رسولی، علی اکبر (1394)، ریزپهنه‌بندیخطرسیلابدرمحدودهشهرتبریزبااستفادهازروشAHP، فصلنامهتحقیقاتجغرافیایی،سال30،1،بهار1394،پیاپی116.

سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی استان خراسان جنوبی (1385).

مهدوی، محمد (1376)، «بررسی آثار اقتصادی ـ اجتماعی و زیست محیطی خسارات سیل»، کارگاه آموزشی تخصصی مهار سیلاب رودخانهها، انجمن هیدرولیک ایران.

نقشه‌های توپوگرافی استان خراسان جنوبی، سازمان نقشه‌برداری کشور، نقشه‌های 50000 : 1.

وزارت نیرو (1385)، راهنمایارزیابیخسارتسیلاب، شرکتمدیریتمنابعآبایران، نشریه 296 الف.

وطن فدا، جبار (1381)، بررسی وضعیت سیل کشور: مشکلات و راهکارها، مینار کاهش اثرات و پیشگیری از سیل، گرگان.

وهابی، جلیل (1376) پهنه‌بندی خطر سیل با بکارگیری سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه آبخیز طالقان. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تربیت مدرس.

Bezdek, James C (1981), Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms, Kluwer Academic Publishers Norwell, MA, USA.

Carpenter, G.A; Grossberg,S; Markuzon, N; Reynolds,J. H & Rosen, D.B (1992)Fuzzy ARTMAP: Aneuralnetworkarchitectureforincrementalsupervisedlearningof analog multidimensional maps. IEEE Transactions on Neural Networks.713-698-731(53).

Dunn, J. C. (1973), A Fuzzy Relative of the ISODATA Process and Its Use in Detecting Compact Well-Separated Clusters, Journal of Cybernetics, Volume 3, Issue 3.

WMO (World Meteorological Organization), (2008), "Urban Flood Risk Management A Tool for Integrated Flood Management” Technical Document No.11, Flood Management Tools Series.

Wohl, E. E (2000), Inland Flood Hazards (Human, Riparian, and Aquatic Communities). Cambridge University Press, Cambridge.

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 2,989

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,543

سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب

پیوندهای مفید

اخبار و اعلانات

آمار

پهنه بندی خطر سیل در مراکز انسانی و اقتصادی استان خراسان جنوبی با استفاده از منطق فازی

4- یافته‌های تحقیق

1-4- میزان خسارات سیل در استان خراسان جنوبی

2-4- تأثیر عوامل مختلف مؤثر در پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی استان خراسان جنوبی

3-4- مشخصات هیدرومورفی حوضه‌های آبی استان خراسان جنوبی

2- شبکه زهکشی طبیعی

6-4- تحلیل فضایی مخاطرات سیل در مراکز جمعیتی و اقتصادی استان خراسان جنوبی

5- نتیجه‌گیری