سيلاب

درحال مشاهده: سيلاب

ادعونی اهدای خون

سيلاب

۱۳۸۹/۰۶/۲۸

12:0

امیرحسین ستوده بیدختی

قسمت اول : پيش بيني سيلاب

سابقه اولین پیش بینی سیل در دنیا به سال 1897 ‏ در فرانسه بر می گردد. در آن سال هیدرولوژیست ها احتمال وقوع سیل در یکی از رودخانه های بزرگ فرانسه را از سه روز قبل پیش بینی کردند که این پیش بینی منجر به کاهش تلفات جانی و مالی گرد ید. سایر بررسی ها نیز نشان می دهد که از دیر باز به کارگيري روش های مختلف برای پیش بینی رواج داشته است.

‏سیستم های پیشرفته پیش بینی سیل به عنوان یکی از روش هاي غیر سازه ای مدیریت سیلاب، بیش از نیم قرن است که در اکثر کشورها مورد توجه قرار گرفته است. در زمینه ایجاد سیستم های پیشرفته پیش بینی سیل چه از لحاظ سخت افزاری و چه از لحاظ نرم افزاری تجربه مفیدی در سطح بین المللی وجود دارد.

مؤلقه های سیستم های هشدار سیل موجود شامل سه بخش اصلی:

1) اندازه گيري، پایش و ارسال داده ها،

2 ‏). بخش نرم افزاری و مدل های ریاضی و

3 ‏) بخش مدیریت و اطلاع رسانی مي باشد.

مهمترین اجزاء بخش نرم افزاری سیستم، شامل شبیه سازی بارش _ رواناب و فرموله کردن روابط حاکم در فرآیند تبدیل بارش به رواناب، روندیابی سیلاب در رودخانه ها و مخازن و واسنجی و اصلا‏ح سیستم در زمان واقعی و برنامه رابط کاربرمی باشد.

سیستم های ساده ای نیز در برخی کشورها به خدمت گرفته شده اند که تنها از چندین رابطه همبستگی تشکیل یافته اند. تعریف درجه بیچیدگی و پیشرفته بودن سیستم پیش بینی بستگی به اقلیم و مورفولوژی حوضه آبریز، امکانات و تجهیزات اندازه گیری و ارسال داده ها در سطح حوضه و همچنین درجه دقت پیش بینی و اهداف پیش بینی سیل دارد. به عنوان مثال در حوضه هایی که هدف صرفأ پیش بینی سیل و تخلیه مناطق می باشد، پیش بینی دبی اوج هیدروگراف سیل به همراه زمان وقوع آن کافی است، در حالی که در حوضه هایی که مسئله مدیریت کنترل سیل مخازن مطرح است، پیش بینی هیدروگراف سیل ضروری می باشد.

‏توسعه سیستم های پیش بینی سیل در کشورهای مختلف عمدتأ با توجه به نیازهای موجود در این زمینه صورت گرفته است. در اکثر کشورها روش های سازه ای کنترل سیل به تنهایی جوابگوی مسائل و مشکلات سیل نبوده اند و به عبارتی دور کردن سیلاب از مردم به علت وقوع سیلاب های بزرگ راه گشا نشده است. بنابراین سیستم های پیش بینی در راستای دور کردن مردم از سیلاب گسترش یافته اند که در این روش عمدتأ هدف سازگاری با بلایای طبیعی دنبال می شود. با آگاهی از وقوع سیل در یک منطقه، بدون تغییر در مشخصات سیلاب در حال وقوع، تنها با تخلیه منطقه در زمان وقوع سیل می توان جلوی بروز بسیاری از خسارات سیل را گرفت.

‏بررسی های انجام شده در سطح دنیا نشان می دهد که سیستم های پیش بینی سیل در کشورهای مختلف بسیار متفاوت می باشند، این موضوع نمایانگر این است که بسته به شرایط حوضه آبریز و بیچیدگی هیدرولوژیکی آن و اهداف، روش های مختلف می توانند کارآیی متفاوتی داشته باشند.

قسمت دوم : معرفی نرم افزارهای پیش بینی سيل

1 . مدل Mike 11

‏این بسته نرم افزاری توسط مؤمسه هیدروليك دانمارك تهیه شده و اخیرأ با همکاری يك شرکت ژاپني به قابلیت آن افزوده شده است . نرم افزارشامل مدل های هیدرولوژیکی (RR ‏) ، هيدروليكي (HD ‏) ، انتقال رسوب ( ST‏) ، انتقال و انتشار ( TD ‏) ، کیفیت ( WQ ) ‏، پیش بینی سیل ( FF ‏) و پایش سيل ( FW ‏) است ؛ که برای پیش بینی سیل نیاز به مدل های (RR ‏) (HD ‏) ( FF ‏)   ( FW ‏) است.

مدل هیدرولوژیکی (RR ‏) شامل سه مدل ‏است که در مجموع سیستم پیش بینی سیل نرم افزار مورد استفاده قرار می گیرد.

‏اکثر پارامترهای مدل داراي ماهیت مفهومی و تجربی هستند و امکان تعیین مقادير آنها براساس ویژگی های فیزیکی و اندازه گیری وجود ندارد. بنابراین مدل به قابلیت واسنجی با چهار تابع هدف مجهز است. این توابع عبارتنا از انطباق دبی متوسط محاسبه ای و مشاهده ای، انطباق شکل هیدروگراف، انطباق حجم هیدروگراف و دبی اوج هیدروگراف و انطباق جریان پایه محاسبه ای و مشاهده ای است .

دومین مدل لازم برای پیش بینی سیل، (HD ‏) است که برای شبیه سازی يك بعدی جریان در رودخانه بکار می رود. این مدل محاسبات هیدرولیکی مربوط به بروفیل سطح آب در حالت جریان غیر دائم را با در نظر گرفتن سازه های مختلف در مسیر جریان انجام می دهد که در آن معادلات پیوستگی و اندازه حرکت حل می شوند. شرایط مرزی یا به عبارت دیگر شرایط هیدرولیکی حاکم بر پایین دست و بالا دست می تواند به صورت دبی یا تراز ثابت، دبی یا تراز متغیر با زمان و رابطه بین دبی و تراز در نظر گرفته ‏ شود. شبیه سازی سیلاب دشت برای تحلیل جریان شبه دو بعدی در HD امکان پذیر است و محاسبات هیدرولیکی برای شرایط جریان یکنواخت در عمق از رودخانه های با شیب تند تا خلیج های تحت تاثیر جزر و مد قابل انجام است.

مدل FF برای پیش بینی تغییرات دبی و تراز آب ناشی از وقوع بارش در حوضه یا جریان های ورودی یا خروجی از حوضه مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل در زمان واقعی وقوع سیل با مدل های RR و HD مرتبط می شود و شبیه سازی هیدروگراف سیل را انجام میدهد. مدل FF ‏دارای قابلیت های زیر است که توسط کاربر اعمال مي گردد :

‏ - تعریف پارامترهای پایه پیش بینی سیل

- تعریف شرایط مرزی در دوره زمانی پیش بینی

- تعریف ایستگاه های پیش بینی

- ‏برنامه بهنگام سازی برای اصلاح پیش بینی

مدل FW ‏يك مدل سیستم پشتیبانی درتصمیم گیری است که شامل مدل های بانک اطلاعات سری های زمانی، RR و HD و FF و سیستم اطلاعات جغرافیا یی ‏( Arcview GIS ‏) است. FW علاوه بر مرتبط ساختن مدل های فوق دارای قابلیت های زیر است :

- برنامه رابط خودکار به همراه پردازش اطلاعات ارسالی از شبکه تله متری برنامه

- رابط خودکار به همراه قابلیت دریافت بارش ثبت شده در ایستگاه های ‏باران سنجی، داده های هواشناسی و بارش پیش بینی حاصل از مدل های هواشناسی

‏- قابلیت گزارش گیری برای تحلیل و کنترل داده های زمان واقعی امکان اجرای مدل های ریاضی

‏- قابلیت نمایش گرا فیکی و ارائه جداول پیش بینی

** کاربرد مدلی Mike 11 برای پیش بینی سیل در کشورهای بنگلادش، آمریکای جنوبی، مالزی، چین، هلند، انگلیس و ایتالیا مورد آزمون قرار گرفته است.

2 . مدل Flood Work :

این مدل شامل قابلیت های مربوط به مدیریت و پردازش اطلاعات، شبیه سازی هیدرولوژیکی و هیدرودینامیکی، نمایش گرافیگی و بانك اطلاعاتی ذخیره داده ها در یک محیط نرم افزاری است که توسط مؤسسه هیدرولوژی والینگ فورد تهیه گردیده است.

کارایی و امکانات موجود در مدل را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

- قابل استفاده در حل مسایل هیدرولوژیکي و هیدرو لیکي

- قابل استفاده در شرایط زمان واقعی برای پیش بینی سیل

-        شبیه سازی سریع و انعطاف پذیری برای شرایط مختلف

-        انعطاف پذيري در انتخاب مدل هاي هيدرولوژيكي و هيدروليكي

-        امكان بكار گيري همزمان مدل هاي متعدد

-        وجود امكانات شبكه اي براي دسترسي چند كاربر به طور همزمان به اطلاعات

-        رابط كاربر در محيط ميندوز

-        كنترل وارزيابي داده ها و نتايج

-        قابليت ارتباط با GIS

3 . مدل NWSFRS :

‏ این مدل از جمله اولین مدل های پیش بینی است که به صورت كار بردی از چهل سال پيش در آمريكا به خدمت گرفته شده است. مؤسسه هواشناسی آمریکا ‏(NWS ) متولی تهیه و استفاده از این مدل بوده است. هم اکنون در 12 ‏مرکز پیش بینی حوضه آبریز بزرگ آمریکا از این مدل استفاده می شود.

سه سیستم مجزا در در اين مدل شامل سیستم واسنجی، سیستم پیش بینی و سیستم پیش بینی جامع جریان است.

سیستم پیش بینی جامع جریان ، مفهومی هیدرولوژیکی و هیدرولیکی را با استفاده از شرایط واقعی حوضه در زمان های وقوع سیل از نظر بیلان برفی، رطوبت خاک، تراز رودخانه و مخزن برای پیش بینی جریان براساس داده های هواشناسی تاریخی بکار می برد. در این مدل، فرض بر این است که رخدادهای هواشناسی اتفاق افتاده در گذشته نمایانگر رخدادهایی هستند که در آینده اتفاق خواهندافتاد.. با این فرض اين سيستم پیش بینی های احتمالاتی را برای متغیرهای جریان (حداکثر، حداقل و حجم سیلاب) در مدت زمان های مشخص پیش هشدار ارايه مي دهد.

قسمت سوم : نقش سد هاي مخزني در كنترل سيلاب

با اینکه پیش بینی سیل در اکثر مناطق سیل خیز کشور از اهمیت بالایی برخورد ار است ولی عمده تمرکز برای پیش بینی و کاهش شدت سیل از طریق مدیریت بهره برداری سدهای مخزنی می باشد. شاید بتوان اهمیت این موضوع در این خطه از کشور(استان خوزستان) را به خاطر حساسیت بهره برداری از سدهای مخزنی موجود در این حوضه ها دانست. چرا که در صورت بروز خطای بهره برداری سد و ایجاد سیل در پایین دست مسئول بهره برداری از سد می بایست پاسخگو باشد. بنابراین شناخت کافی از وضعیت وقوع سیل در بالا دست و پایین سد جهت تصمیم گیری در خصوص نحوه عملکرد سد تعیین کننده بوده و به همین خاطر از دیر باز پیش بینی سیل در سرشاخه های بالا دست و پایین دست سدهای شهید ‏عباسپور و دژ اهمیت ویژه ای داشته است.

در حال حاضر پیش بینی سیل در این مناطق با تکیه بر زمان تاخیر نسبتا" طولانی و چند ساعته جریان در ایستگاه های هیدرومتری بالا دست تا مناطق سیل گیر انجام می شود. همچنین تعیین عملکرد سدهای مخزنی به خصوص سد شهید عبا سپور با آگاهی از کمیت بارش حوضه های میانی پایین دست سد صورت می گیرد. عملکرد بهره برداری از سدهای دژ و شهید عبا سپور در سیلاب 1376 از آن جمله است. با اینکه پیش بینی سیل در زمان وقوع آن صورت نگرفته است ( !! ) ، ولی عملکرد مدیریت بهره برداری از سدها در کاهش دبی اوج سیلاب خروجی از سدها مناسب بوده است.

در حال حاضر مدیریت بهره برداری از مخازن با توجه به عدم وجود شبکه پایش بهنگام و سیستم های پیشرفته پیش بینی سیل با تکیه بر دانش موجود از حوضه و اخذ داده های بارش و دبی در مناطق مختلف حوضه، اقدام به پیش بینی سیلاب و صدور دستورالععل های بهره برداری در زمان وقوع سیل می کند. این روش پیش بینی سیل همواره از دقت کمتری برخورد ار می باشد که موارد ذیل را می توان علت این امر دانست.

1.پیش بینی سیلاب مناطق پایین دست بر اساس مقدار جریان در ایستگاه های بالا دست و جریان حوضه های میانی عمدتا" از دقت کمتری برخورد ار می باشد، چرا که کمیت سیلاب پایان دست متاثر از کمیت سیلاب بالا دست و نیز حوضه های میانی و زمان تاخیر بین آنها ست و تعیین این کمیت و زمان تاخیر بر اساس تجربیات و بدون به کارگیری سیستم تله متری و مدل سازی سبب ایجاد خطای قابل توجه می شود.

2.این روش قادر به پیش بینی حجم سیلاب نمی باشد. بنابراین تعیین عملکرد بهینه سد برای کنترل سیل به سختی ممکن است.

3.روابط همبستگی جریان بین ایستگاه های بالا دست و پایین دست سد از ضریب همبستگی بالایی برخوردار نمی باشند.

4. دراغلب اوقات زمان تاخیر جریان از ایستگاه های بالا دست تا منطقه سیل گیر به خصوص مواقعی که سیلاب ناشی از حوضه های میانی است، مدت زمان پیش هشدار کافی برای اقدامات ایمنی را دست نمی دهند.

قسمت چهارم : پيش بيني بارش و منابع اطلاعاتي آن

** منابع اطلاعاتي پيش بيني بارش

* ایستگاه های زمینی

‏بارش، تراز آب رودخانه و دبی آن یا هر دو، اولین اطلاعات بنیادی براي پیش بینی سیلاب هستند و در این رابطه تجهیزاتی که برای اندازه گیری و جمع آوری اطلاعات استفاده می شود همواره بروز می شوند. در حوضه های با زمان تمرکز کوتاه (کمتر از 6 ‏ساعت) افزایش زمان پیش هشدار و اطلاع رسانی به موقع در کاهش خسارت سیل بسیار مفید است. بنابراین استفاده از روش های خودکار اندازه گیری و ارسال اطلاعات برای سیستم های مختلف پیش بینی سیل امری ضروری است.

* رادار

‏منبع ایجاد تند سیلاب وقوع بارش شدید همراه با رعد و برق است، بنابراین پیش بینی بارش منطقه ای یکی از راه های مهم پيش بینی است. با اینکه اغلب حوضه های آبریز کشور کوچك هستند، اما بسیاری از آنها در منطقه کوهستانی قرار دارد که با تاثیر بر شرایط اقلیمی باعث افزایش مقدار بارش در منطقه می شود. رادار در ارزیابی بارش منطقه ای می تواند مفید واقع شود. چرا که رادار وضعیت منطقه را به خوبی ارائه می دهد و با امکانات موجود، بارش منطقه ای را سریعا" تخمین می زنند.

* ماهواره

‏داده های ماهواره ای نیز ممکن است براي تخمین مقدار بارش مورد استفاده قرار گیرند. تصاویر ماهواره ای روند تغییرات ابرهای کو مولوس و میزان خشکی را در حرکت رو به بالاي هوا در ابعاد کوچك به دلیل وجود ارتفاع و ضخامت و عملکرد آن در ابر نشان می دهند.هرچه میزان خشکی شدید تر باشد، ورود رطوبت به ابرها بیشتر خواهد شد و همین مسئله منجر به ابر مرتفع تر و بزرگ تر و در نتیجه با شدت بارش بیشتر می شود.

‏ایستگاه های زمینی موجود توزیع و حرکت خطوط پوشش برف در حوضه های کوهستانی اغلب می تواند با جزئیات بیشتری از عکس هاي ماهواره از به دست آید. محدودیت های استفاده از عکس های ماهواره شامل تعداد نامناسب مشاهدات ماهواره ای، عم بوشانی با ابرها در تصویر ماهواره ای، پوشش جنگلی و دقت اطلاعات ماهواره می باشد. تحلیل کمیت عمق برف فقط با مشاهدات ماهواره ای که همراه با مشاهدات زمینی استفاده شود، ممکن می باشد. سیستم فعلی انتقال عکس ما هواره ای (APT ‏) می تواند در تعیین شکست یخ برای دریاچه ها و مخازن با مساحت بزرگ تر از 500 ‏کیلومتر مربع نیز مفید باشد. در تصاویر ماهواره ای، برف به طور قابل ملاحظه ای روشن تر از زمینه معمول یک سطح بدون برف ظاهر می شود. بنابراین مناطق پوشیده از برف به آسانی در هوای بدون ابر مشخص می شوند.

پوشش برفی می تواند از ابر به وسیله ثبات الگو و بافت متفاوت آن متمایز شود. برای این منظور ضروری است يك روز یا بیشتر مشاهدا تی صورت پذیرد‏. در مقایسه با ابر، برف يك ظاهر نرم با لبه های تیز دارد در حالی که ابرها زبر یا موج دار با لبه های غیر تیز می باشند در تکنیك های سنجش از دوری از روش های اختلاف بازتاب پدیده های ابر و برف در طول موج های مختلف ابری تفکیك آنها استفاده می شود.دو پدیده ابر و برف به خوبی در محدوده مادون قرمز میانی از هم قابل تفکیك می باشند. ابردارای قدرت انعکاس زياد و یکنواختی در تمام طول طیف می باشد. در مقابل، انعکاس برف از طول موج 0.8 میکر ومتر شروع به کاهش شدید نموده و در1.5 میکرومتر به صفر می رسد. در مناطق کوهستانی، الگوی درختی سیستم های رودخانه برای مشخص کردن پوشش برفی کمك می کند.

‏خطوط پوشش برفی تمام مناطقی را که به عنوان پوشش برفی تشخیص داده می شود احاطه می کند. خط پوشش برفی به عنوان مرز مناطق با ذخیره برف بیشتر از حدود 2 ‏سانتی متر تعریف می شود. تاکید می شود که تحلیل ها باید بر اساس انواع مشاهدات برفی در دسترس انجام شود، مقایسه بین اطلاعات ماهواره ای و اطلاعات روش های سنتی برف سنجی نشان میدهد خطوط برفی می تواند با استفاده از ماهواره با دقت حدود 10 تا 10 كیلومتر مشخص شود. دقت آن بستگی به مقیاس تصویر دارد.

دیگر عناصر هواشناسی و هیدرولوژیکی که ممکن است به وسیله حسگرهای ماهواره ای مشاهده شود آب قابل بارش ابرها، الگوی ابرها، مناطق و شدت بارش، آب گرفتگی سیلاب دشت و رطوبت خاك می باشند.

‏حسگرهای ماکرویو برای اندازه گیری وجود رطوبت در ابرها یا باران در حال بارش و منطقه آب گرفته استفاده می شود. به طور رایج وسایل درد ‏سترس، دستگاه اندازه گیری امواج الکترونیکی، ردیاب ماکرویو (ESMR) و    دستگاه اندازه گیری طیف های ماکرويو (NEMS ) می باشند.

پیش بینی های هواشناسی به وسیله اطلاعات ماهواره ای ثابت زمینی ارزیابی می شوند که به وسیله مقایسه بین تصاویر گرفته شده به فاصله 30 ‏دقیقه، داده هایی برای مدل های عددی و اطلاعات بصری درباره سیستم های هوا و گردبادها به دست می دهد. دمای تابش می تواند ورودی به محاسبات تعادل گرما برای پیش بینی ذوب یخ و محاسبات تبخیر و تعرق باشد.

‏اطلاعات بصری تهیه شده به وسیله تصاویر ماهواره ای که می تواند اطلاعات بسیار با ارزشی مخصوصأ در مناطقی که فاقد ایستگاه های زمینی باشند، در سیستم های پیش بینی نیز کاربرد فراوان دارند. تصاویر لندست و اسپات در این شرایط (SLAR) و همچنین جاپی که تناوب زیاد مشاهدات نیاز نیست، مثلا" در پیدا کردن تغییرات کیفیت آب در دریاچه ها و مخازن به وسیله استفاده از تسهیلات چند طیفی آن مفید می باشد.

مطالب تصادفی: