بررسی اثر مقیاس مکانی بر مقادیر دبی ‌ویژه در حوضه کرخه

چکیده مقاله

مقدمه اندازه ­گیری میزان رواناب و هدررفت خاک در واحد سطح به ­منظور ارزیابی وضعیت فرسایش در مناطق مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است. رواناب ناشی از وضعیت حوزه‌های آبخیز بالادست است که در محدوده­ های مکانی و زمانی مختلف یک حوزه آبخیز پاسخ متفاوتی دارد. برخی پاسخ ­های هیدرولوژیکی ممکن است در مناطق بالادست یک حوضه قابل توجه باشند اما همین پاسخ‌ها در خروجی همان حوضه قابل شناسایی نیستند. این پاسخ‌های متفاوت بین مناطق مختلف، معمولاً اثر مقیاس نامیده می‌شود که شامل عدم تطابق بین پاسخ‌های رواناب در مقیاس‌های مختلف است. در این زمینه، نقش مقیاس مکانی، به عنوان عاملی که به طور مستقیم وقوع فرآیندهای مختلف تولید رواناب را تحت تاثیر قرار می­دهد، مورد توجه است. بنابراین یکنواخت فرض نمودن تغییرات دبی در مقیاس ­های مختلف، سبب اعمال برنامه ­ریزی و مدیریت واحد برای کل حوزه آبخیز و عدم تحقق اهداف می­شود. از سوی دیگر، برآورد دقیق وضعیت دبی حوزه­ های آبخیز نیز درک صحیحی از فرآیندهای هیدرولوژیکی را فراهم می ­سازد. همچنین درک صحیح اثر مقیاس مکانی بر رواناب، برای برآورد دقیق دبی در حوزه‌های آبخیز و پهنه‌بندی آن در سطوح مختلف مکانی ضروری است. این امر مبنای برنامه‌ریزی و مدیریت بهینه منابع آب و خاک، به‌ویژه در حوضه‌هایی که با چالش جدی فرسایش خاک مواجه هستند، خواهد بود. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر مقیاس مکانی بر دبی ویژه و پهنه­بندی مقادیر دبی در سطح حوضه کرخه بر اساس اطلاعات تعداد 28 ایستگاه هیدرومتری انجام شد. مواد و روش در این پژوهش داده‌های مورد استفاده شامل میانگین دبی سالانه آب (Q) و مساحت حوضه و زیرحوضه ­ها (A) است. داده ­های مورد استفاده از سازمان­ مدیریت منابع آب دریافت شد. سپس به‌منظور انتخاب ایستگاه‌های مناسب ابتدا هرگونه اختلال در روند طبیعی فرایندهای حوضه بررسی شده و ایستگاه‌هایی که باعث تغییر در روند هستند شناسایی شد و حذف شدند. در نهایت 28 ایستگاه­ دارای طول دوره آماری مناسب و همچنین فاقد اختلال در حوضه بالادست، انتخاب شدند. همچنین به­ منظور محاسبه مساحت بالادست هر ایستگاه، ابتدا با استفاده از افزونه Archydro و مدل رقومی ارتفاع، بر اساس موقعیت ایستگاه­ های هیدرومتری موجود، حوضه کرخه به تعداد 28 زیرحوضه تقسیم شد. علاوه بر این، با توجه به وضعیت توپوگرافی، ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی، حوضه کرخه به پنج ناحیه اصلی نیز منطقه‌بندی شد. در ادامه با توجه به مقادیر مساحت (A) و دبی ویژه (Qs) در زیرحوضه­ های فرعی، روابط Qs-A تحت مختصات log-log رسم شد تا با محاسبه یک معادله رگرسیون خطی یا غیر خطی بین Q وA تأثیر مقیاس بر میزان دبی در زیرحوضه ­های اصلی مشخص شود. در نهایت با استفاده از روش ارائه شده توسط چرچ و همکاران، مقادیر دبی ویژه تصحیح شده برای هر یک از زیرحوضه­های اصلی محاسبه و از طریق درون­یابی، نقشه‌ دبی ‌ویژه حوضه تولید شد. نتایج و بحث نتایج بررسی اثر مقیاس بر دبی ­ویژه، حاکی از آن بود که برای کل حوضه کرخه به ­عنوان یک حوضه واحد، رابطه رگرسیونی مناسبی بین Qs و A وجود نداشته است (R2= 0.3). هرچند که برای زیرحوضه ­ها روابط رگرسیونی با ضرایب تبیین بین 7/0 تا 98/0 به‌دست آمد. با توجه به نتایج، ارتباط بین مساحت و دبی ­ویژه در بیشتر زیر حوضه ­ها نشان‌دهنده کاهش دبی ‌ویژه با افزایش مساحت است. اما درحوضه سیمره نتایج حاکی از آن بود که با افزایش مساحت دبی ­ویژه نیز افزایش می­یابد. دلیل این افزایش می ­تواند ناشی از کاهش ارتفاع و بستر عریض رودخانه ‌باشد. با توجه به نتایج، در حوضه قره­ سو برخلاف دیگر حوضه­ ها دبی‌ویژه در ابتدا کم سپس افزایش و مجددا کاهش می ­یابد. این امر می ­تواند به­ دلیل واقع شدن این زیرحوضه در بالادست حوضه کرخه، شرایط توپوگرافیک و شیب بالای منطقه باشد. نتایج کلی حاکی از این است که در زیرحوضه­ های با مساحت­ های متفاوت یا به ­عبارت دیگر مقیاس ­های مختلف مکانی، میزان دبی ویژه نیز متفاوت است و به صورت کلی بیشترین میزان دبی ­ویژه مربوط به ایستگاه‌های نزدیک به خروجی حوضه است. که می‌توان علت را به شیب و شدت بارندگی زیاد در حوضه ­های بالادست و تفاوت آب و هوایی در پایین‌دست و بالادست، همچنین پوشش گیاهی ضعیف در پایین‌دست نسبت داد. نتیجه­ گیری درک جامع دبی رودخانه‌ها و اثر مقیاس مکانی بر آن، از اهمیت بسزایی در زمینه‌های مختلف برخوردار است. همچنین این امر، دیدگاهی عمیق نسبت به پیامدهای مرتبط با این پدیده را فراهم می‌کند. به‌طور خلاصه می ­توان بیان نمود که درک وضعیت دبی حوزه ­های آبخیز و تعیین اثرمقیاس مکانی بر تولید دبی از جنبه ­های مختلف از جمله مدیریت منابع آب، کاهش مخاطرات سیل، توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست دارای اهمیت است و درک صحیحی از پیامدهای ناشی از آن را فراهم می­کند. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که با افزایش مساحت میزان دبی ویژه کاهش می­ یابد. با توجه به نتایج می­توان بیان نمود که مقیاس مکانی و مساحت حوزه آبخیز بالادست می ­تواند روی دبی تأثیرگذار باشد. مطالعات متعددی نشان داده‌اند که مقیاس مکانی و وسعت حوزه آبخیز در بالادست، نقش تعیین‌کننده در میزان دبی رودخانه ایفا می‌کنند. با این وجود می‌توان به اثر عوامل متعددی مانند پوشش گیاهی، اقلیم، توپوگرافی، شیب زمین، نفوذپذیری خاک و شدت بارش و ... بر دبی ویژه در حوضه‌های مختلف اشاره نمود. بنابراین در بررسی وضعیت هیدرولوژیکی حوضه­ های با مساحت بالا ضروریست اثر مقیاس مکانی را به عنوان یک عامل کلیدی، مورد توجه ویژه قرار داد. لازم به ذکر است که شناخت این پدیده نیازمند مطالعات عمیق‌تر و جامع‌تر در سطوح مختلف مقیاس‌های مکانی است.