| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,073 |
| تعداد مقالات | 34,300 |
| تعداد مشاهده مقاله | 47,090,641 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 78,002,389 |
بررسی آثار اقدامات آبخیزداری بر ویژگی‌های سیل در آبخیزهای آب‌ماهی و چیکان-مورزیان استان فارس | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقاله 8، دوره 38، شماره 3 - شماره پیاپی 148، مهر 1404، صفحه 120-137 اصل مقاله (1.97 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2025.368121.1609 | ||
| نویسندگان | ||
| رویا قهرمانی1؛ ابراهیم امیدوار* 2؛ سیامک دخانی3 | ||
| 1دانش‌آموخته دکتری گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع‌طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران | ||
| 2دانشیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع‌طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران | ||
| 3استادیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع‌طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف امروزه، در کشورها، ارزیابی طرح‌های آبخیزداری از بنیادی‌ترین مسائل برای برنامه‌ریزی‌های آینده و اجرای طرح‌ها و مدیریت منابع‌طبیعی است. ازاین‌رو، با توجه به پیشینه بلندمدت اجرای طرح‌های آبخیزداری در کشور، ارزیابی و بررسی آثار این طرح‌ها ضروری است. اما، نبود تجهیزات لازم به‌منظور اندازه‌گیری و ثبت تغییرات ایجاد‌شده در آبخیزها، سبب‌شده تا بهره‌گیری از مدل‌های توزیعی آب‌شناختی برای همانندسازی رفتار آبخیز در پیش و پس از اقدامات آبخیزداری، ابزار کارآمدی در دستیابی به این اهداف باشد. امروزه، بهره‌گیری از قابلیت مدل‌های آب‌شناختی در همانندسازی اثرگذاری فعالیت‌های مدیریتی در فرایند تصمیم‌گیری نقش تعیین‌کننده‌ای دارند. ازاین‌رو، این پژوهش، با هدف ارزیابی آثار اقدامات آبخیزداری اجراشده بر آب‌دهی اوج، زمان تا اوج و حجم سیل در آبخیزهای همگن آب‌ماهی و چیکان- مورزیان، با استفاده از مدل HEC-HMS انجام شد. برای تعیین آثار اقدامات سازه‌ای و زیستی، زمان تمرکز، شیب آبراهه و اندازة شمارة منحنی در شرایط پیش و پس از اجرای فعالیت‌ها محاسبه شد. مواد و روش‌ها در این پژوهش آثار اقدامات سازه‌ای (بند گابیونی، سنگ و سیمان، خشکه‌چین) و زیستی (بادام‌کاری، قرق و نمونه شاهد) آبخیزداری بر سنجه‌های آب‌شناختی (زمان تا اوج، آب‌دهی اوج و حجم سیل) در دو آبخیز آب‌ماهی و چیکان-مورزیان، در آبخیز سد درودزن بررسی شد. سپس، شبیه‌سازی بارش و رواناب با استفاده از مدل HEC HMS در دو سناریو با و بدون اقدامات آبخیزداری انجام شد. در سناریوی بدون اقدامات آبخیزداری، داده‌های لازم از بررسی‌های تفصیلی اجرایی که به‌وسیلة اداره کل منابع‌طبیعی و آبخیزداری استان فارس گردآوری شده بود، تهیه شد. در سناریوی با اقدامات آبخیزداری، آثار آب‌شناختی سازه‌ها با اثرگذاری روی شیب و زمان تمرکز آبخیز و آثار اقدامات زیستی با تغییرات اندازه‌های میانگین وزنی CN زیرآبخیز‌ها در زمان قبل و بعد از این اقدامات، بررسی شد. سپس، سنجه‌های فیزیکی آبخیز، (مساحت زیرآبخیز‌ها، میانگین وزنی شمارة منحنی (CN)، تلفات اولیه و زمان تأخیر) محاسبه شد. به‌منظور تبدیل بارش به رواناب، روش SCS برای هر دو سناریوی قبل و بعد از اجرای اقدامات آبخیزداری به‌کار گرفته شد. نقشة شمارة منحنی (CN) بر اساس تلفیق داده‌های گروه‌های آب‌شناختی خاک و کاربری زمین در محیط نرمافزار ARC GIS 10.8 تهیه شد. همچنین، زمان تمرکز با استفاده از روش کرپیچ محاسبه شد. نتایج و بحث نتایج ارزیابی آثار اقدامات آبخیزداری در آبخیز مطالعه‌شده بیانگر ابعاد گوناگون اثرگذاری این اقدامات بر رفتار آب‌شناختی آبخیز بود. نتایج این پژوهش بیانگر آن بود که اجرای اقدامات سازه‌ای آبخیزداری سبب تغییر قابل توجه اندازة زمان تأخیر در شرایط قبل و بعد از اجرای عملیات شد. به‌طوری که بیشترین تغییر زمان تأخیر مربوط به زیرآبخیز F (32/28 دقیقه) و کمترین اندازة آن مربوط به زیرآبخیز 9 (4 دقیقه) بود. این اندازه تغییر ناشی از شیب، طول آبراهه اصلی، نفوذپذیری خاک، مساحت آبخیز و غیره بود. اندازة تغییر زمان تا اوج در قبل و بعد از اجرای اقدامات آبخیزداری در زیرآبخیز‌های 11، 9 و F به‌ترتیب 10، 10 و 60 دقیقه به‌دست آمد. بیشترین تعداد سازه در این زیرآبخیز‌ها بود و نتایج نشان‌دهندة آثار اجرای سازه‌ها بودند. افزون بر این، بیشترین و کمترین اندازة تغییر آب‌دهی در قبل و بعد از اجرای اقدامات آبخیزداری به‌ترتیب مربوط به زیرآبخیز F (27/7 مترمکعب بر ثانیه ) و زیرآبخیز 9 (3/5 مترمکعب بر ثانیه) بود. اجرای اقدامات سازه‌ای بر اندازة حجم رواناب اثرگذار نبود. در این پژوهش، نتایج ارزیابی آثار اقدامات زیستی آبخیزداری بیانگر آن بود که این اقدامات باعث کاهش CN شدند. اندازه کاهش CN در شرایط قبل و بعد از اقدامات انجام‌شده در زیرآبخیز‌های 11، 9 و F به‌ترتیب 10، 5 و 5 بود. این موضوع سبب کاهش آب‌دهی اوج از 79/7، 5/4 و 197/5 به 75/8، 5/3 و 147/7 مترمکعب بر ثانیه شد. همچنین، اجرای اقدامات زیستی، باعث کاهش قابل‌توجه حجم رواناب شد. اما، روی زمان تا اوج اثرگذار نبود. در مجموع آثار اقدامات زیستی بر کاهش حجم رواناب خروجی بیشتر از اقدامات سازه‌ای بود. نتیجه‌گیری و پیشنهادها در این پژوهش آثار اقدامات آبخیزداری بر ویژگی‌های سیل (آب‌دهی اوج، اندازة رواناب خروجی و زمان تا اوج) ارزیابی شد و سازه‌های آبی آبراهه‌ای و اقدامات زیستی بررسی شدند. نتایج نشان داد که سازه‌های آبخیزداری به‌طور مؤثر در کاهش آب‌دهی اوج سیلاب و افزایش زمان رسیدن به اوج تأثیرگذارند. اثر سازه‌های آبخیزداری بر حجم کل رواناب خروجی معنادار نبود. همچنین، نتایج ارزیابی اقدامات زیستی، بیانگر اثر قابل‌توجه این اقدامات بر کاهش رواناب خروجی و آب‌دهی اوج بود و بر زمان تا اوج تأثیرگذار نبود. این یافته‌ها نشان‌دهندة اهمیت تلفیق اقدامات سازه‌ای و زیستی در مدیریت جامع آبخیز بود. تلفیق این دو رویکرد سبب افزایش اثربخشی اقدامات انجام‌شده در مهار سیلاب، حفاظت خاک و مدیریت منابع آب شد. ازاین‌رو، پیشنهاد می‌شود که طرح‌های مشابه در دیگر مناطق با شرایط اقلیمی و گیتاشناسی مشابه نیز انجام شوند تا بتوان از نتایج به‌دست آمده در تصمیم‌گیری‌ها و بهبود مدیریت آبخیز استفاده کرد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آبخیزهای آب‌ماهی و چیکان-مورزیان؛ آب‌دهی اوج؛ اقدامات زیستی؛ رواناب؛ مدل HEC-HMS | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Assessment of the Impact of Watershed Management Measures on Flood Characteristics in the Ab-Mahi and Chikan-Morzian Watersheds, Fars Province | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Roya Ghahremani1؛ Ebrahim Omidvar2؛ Siamak Dokhani3 | ||
| 1Ph.D. Graduated in Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, University of Kashan, Kashan, Iran | ||
| 2Associate Professor, Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, University of Kashan, Kashan, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, University of Kashan, Kashan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Today, in countries, evaluating watershed management project is one of the most fundamental aspects of future planning for implementation projects and natural resource management. Therefore, given the long-term history of implementing watershed management projects in the country, it is necessary to evaluate and examine the effects of these projects. However, the lack of necessary equipment to measure and recording changes in watersheds has made the use of hydrological distributed models to simulate watershed behavior before and after watershed management activities an effective tool in achieving these goals. Today, use the capabilities of hydrological models in simulating the effectiveness of management activities plays a decisive role in the decision-making process. Therefore, this study was conducted using the HEC-HMS model to evaluate the effects of implemented watershed management activities on peak flow, time to peak, and flood volume in the Ab-Mahi and Chikan-Morzian watersheds. To determine the impact of structural and biological measures, concentration time, channel slope, and curve number were calculated before and after activities were implementation. Materials and Methods In this study, the effects of structural measures (gabion check dams, stone and cement structures, dry-stone terraces) and biological (almond cultivation, fencing, and control sample) watershed management measures on hydrological indicators (time to peak, peak discharge, and flood volume) in two watersheds: Ab-Mahi and Chikan-Morzyan, within the Doroodzan Dam watershed. Then, rainfall and runoff simulations were performed using the HEC HMS model in two scenarios with and without watershed management measures. In the scenario without watershed management measures, the necessary data were obtained from detailed operational surveys collected by the General Department of Natural Resources and Watershed Management of Fars Province. In the scenario with watershed management measures, the hydrological effects of structural measures were evaluated by their impact on watershed slope and concentration time, while the effects of biological measures were assessed through changes in the weighted mean Curve Number (CN) of sub-watersheds before and after implementation. Then, the physical indicators of the watershed (watershed area, weighted mean curve number (CN), initial losses, and delay time) were calculated. In order to convert rainfall into runoff, the SCS method was applied for both scenarios before and after the implementation of watershed management measures. The CN map was prepared based on the integration of soil hydrological and land use group data in the ARC GIS 10.8 software. Also, the concentration time was calculated using the Kirpich method. Results and Discussion The results of evaluating the impact of watershed management measures in the studied watershed reveal various aspects of their effects on the hydrological behavior of the watershed. The results of this study showed that the implementation of structural watershed management measures caused a significant change in the amount of delay time in conditions before and after the implementation of the operation. So that the largest change in delay time was related to sub-watershed F (28.32 min) and the smallest change was related to sub-watershed 9 (4 min). This amount of change was due to slope, main channel length, soil permeability, and watershed area, etc. The amount of the change in peak time before and after the implementation of practices in sub-watersheds 11, 9, and F were 10, 10, and 60 min, respectively. The largest number of structures was in these sub-watersheds, and the results showed the effects of implementing the structures. Moreover, the greatest and smallest changes in streamflow before and after the watershed management interventions corresponded to sub-watersheds F (27.7 m³/s) and 9 (3.5 m³/s), respectively. The implementation of structural measures had no significant effect on runoff volume. In this study, the assessment of biological watershed management measures demonstrated that these measures reduced the Curve Number (CN). The reduction in CN before and after the interventions in sub-watersheds 11, 9, and F was 10, 5, and 5, respectively. This reduction led to a decrease in peak discharge from 79.7, 5.4, and 197.5 m³/s to 75.8, 3.5, and 147.7 m³/s, respectively. Furthermore, the application of biological measures resulted in a considerable reduction in runoff volume. However, they had no impact on time to peak. Overall, the effects of biological interventions on reducing runoff volume were greater than those of structural measures. Conclusions and Suggestions In this study, the effects of watershed management measures on flood characteristics (peak discharge, outflow runoff amount, and time to peak) were evaluated, and waterway structures and biological measures were examined. The results indicated that watershed management structures were effective in reducing flood peak discharge and increasing the time to peak. However, their effect on the total runoff volume was not statistically significant. Furthermore, the assessment of biological practices demonstrated a significant impact on reducing both runoff volume and peak discharge, while no considerable effect was observed on the time to peak. These findings highlight the importance of integrating structural and biological measures within integrated watershed management. Combining these two approaches increased the effectiveness of measures taken in flood control, soil conservation, and water resource management. Therefore, it is suggested that similar projects be carried out in other regions with similar climatic and hydrological conditions so that the results obtained can be used in decision-making and improving watershed management. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Ab-Mahi and Chikan-Morzian watersheds, biological practices, HEC-HMS model, peak discharge, Runoff | ||
| مراجع | ||
|
Brooks KN, Ffolliott PF, Magner JA. 2012. Hydrology and the management of watersheds. John Wiley and Sons. 4th Edition. 560 p. Boix‐Fayos C, de Vente J, Martínez‐Mena M, Barberá GG, Castillo V. 2008. The impact of land use change and check‐dams on catchment sediment yield. Hydrological Processes: An International Journal. 22(25): 4922-4935. Ekhtezaei MR, Chazgi J, Khajoui M. 2021. Evaluating watershed management projects and providing appropriate strategies and solutions for their development using SWOT and AHP models in arid and semi-arid regions. Watershed Engineering and Management. 13(1): 55-64. (In Persian). https://doi:org/10.22092/ijwmse.2020.127843.1721 Esfandyari Darabad F, Pourganji Z, Mostafazadeh, R, Aghaie M. 2022. Comparison of effective rainfall conversion methods to surface runoff in flood hydrographic simulation of Nanehkaran Watershed, Ardabil Province. Hydrogeomorphology. 9(32): 86-63. Fiener P, Auerswald K, Van Oost K. 2011. Spatio-temporal patterns in land use and management affecting surface runoff response of agricultural catchments-A review. Earth-Science Reviews. 106(1-2): 92-104. Foroutan E. 2021. Evaluation of the effect of biological watershed management measures on flood risk-Case study: Pardisan Watershed in Qom Province. Quarterly Scientific-Research Journal of Geographic Information "Sepehr", 30(120):171-186. (In Persian). https://doi.org/10.22131/sepehr.2022.251061 General Directorate of Natural Resources and Watershed Management of Fars Province. 2002. Detailed executive studies report of the watersheds of Ab-Mahi and Chikan - Morzyan. Ghazavi R, Omidvar E. 2023. Evaluation of the effects of constructed rehabilitation dams on maximum and volume of watershed discharge. Journal of Technical Strategies in Water Systems. 1(1): 55-67. (In Persian). https://www.magiran.com/p2661313 Ghermermezcheshmeh B, Nikcheh frahani S O, Agha Razi H. 2019. Effects of watershed management practices on some of flood characteristics change in Haftan Watershed. Journal Watershed management Research. 10(19):106-116. https://doi.org/10.29252/jwmr.10.19.106 Ghotbaldin F, Nohtani M, Dehghani M. 2019. Role of watershed management Practices on Flood Hydrograph Characteristics (Case Study: Kakhk Paired Watershed). Watershed Management Research Paper: 10(19): 204-210. (InPersian). https://doi.org/10.29252/jwmr.10.19.204 Li E, Mu X, Zhao, G, Gao P, Sun W. 2017. Effects of check dams on runoff and sediment load in a semi-arid river basin of the Yellow River. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. pp.1791-1803. López-Moreno JI, Beguería S, García-Ruiz JM. 2002. Influence of the Yesa reservoir on Floods of the Aragón River central Spanish Pyrenees. Hydrology and Earth System Sciences. 6(4): 753-762. Ma T, Liu B, He L, Dong L, Yin B, Zhao Y. 2024. Response of soil erosion to vegetation and terrace changes in a small watershed on the Loess Plateau over the past 85 years. Geoderma, 443, 116837. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.116837 Mahdavi M. 2007. Applied hydrology (Volume 2). 8th Edition, Tehran University Press. 427 p. (In Persian). http://press. Ut.ac.ir Mazidi A, Kooshki S. 2015. Simulation of rainfall-runoff process and estimate of flood with HEC-HMS model in Khorramabad Catchment Area. Journal of Geography and Developmen. 13(41): 1-10. (In Persian). https://doi.org/10.22111/gdij.2015.2236 Memarian Khalil Abad H, Yousefi M, Aghakhani Afshar AM. 2017. Identification and separation of flooding source regions and investigating the impact of watershed management operations on the peak discharge (Case study: Bar Watershed, Neyshabour, Iran). Journal of Water and Soil Conservation Research.25(1):35-59. (In Persian). https://doi.org/10.22069/jwsc.2017.12528.2723 Mishra SK, Singh VP. 2013. Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) Methodology. Springer Science and Business Media. 514 p. Moazeni Noghondar SR, Alikhani F, Hatami Yazd A. 2022. Assessment of the effect of watershed management operations on runoff and soil erosion (Case study: Nakhab Boshrouyeh Basin). Pasture and Watershed Scientific-Research Journal. 75(2):317-299. (In Persian). https://doi.org/10.22059/jrwm.2022.335726.1632 Moore CM. 1969. Effects of small structures on peak flow in: effects of watershed changes on stream flow. Texas Press. pp. 101-117. Mostafazadeh R, Sadoddin A, Bahremand A, Mostafazadeh R, Saadeddin A, Bahramand A R, Bardi Sheikh V. 2009. Assessing hydrological effects of Jafar-Abad Watershed management project in Golestan Province using HEC-HMS model. In Proceedings of the Fifth National Conference on Watershed Science and Engineering of Iran. Gorgan, Iran, April 2009. pp. 1–12. (In Persian). https://doi.org/20.1001.1.22519300.1389.2.2.3.2 Najafinejad A, Telvari A, Tajiki M. 2018. Evaluation of watershed management measures on flooding using HEC-HMS model in Ramian watershed. Iran Water Research. 12(3): 19-26. (In Persian). http://iwrj.sku.ac.ir Noorali M, Ghahraman, B. 2016. Assessment of Watershed Management Projects on Flood Hydrograph using HEC-HMS Model (Case Study: Goosh-Bahreh Watershed). Journal Watershed Management Research. 7(13): 71-60. (In Persian). https://doi.org/10.18869/acadpub.jwmr.7.13.71 Noori H. 2024. Evaluating the effectiveness of watershed projects on peak flood discharge (Case study: Hossein Abad Jiroft Watershed). Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering. 18(64): 76-89. (In Persian). Radwan A. 1999. Flood Analysis and Mitigation for Area in Jordan. Journal of Water Resources and Management. 125 (3): 170-177. Roo AD, Schmuck G, Perdigao V, Thielen J. 2005. The influence of historic land use changes and future planned land use scenarios on floods in the Oder catchment. Physics and Chemistry of the Earth. 28(28): 1291 -1300. Shieh Ch L, Guh Y R, Wang Sh. 2007. The application of range of variability approach to the assessment of a checkdam on riverine habitate alteration. Environmental Geology. 1(52):427-435. https://doi.org/10.1007/s00254-006-0470-3 Shokoohi AR. 2007. Assessment of Urban Basin Flood Control Measures Using Hydrogis Tools. Journal of Applied Science. 7(13): 1726-1733. (In Persian). https://doi.org/10.3923/jas.2007.1726.1733P
USACE 2000. HEC-HMS. Technical Manual. Hydrological Engineering Center, Davis, CA. 187 p. Wang T, Hou J, Li P, Zhao J, Li Z, Matta E, Hinkelmann R. 2021. Quantitative assessment of check dam system impacts on catchment flood characteristics–a case in hilly and gully area of the Loess Plateau, China. Natural Hazards. 105(3): 3059-3077. Woldearegay K, Grum B, Hessel, R, Steenbergen F, Fleskens L, Yazew E, Tamene L, Mekonnen K, Reda T, Haftu M. 2024. Watershed management, groundwater recharge and drought resilience: An integrated approach to adapt to rainfall variability in northern Ethiopia. Jornal of International Soil and Water Conservation, Research. 12(3):663-683. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2023.08.009 Yoshikawaa N, Nagaob N, Misawac, S. 2010. Evaluation of the flood mitigation effect of a Paddy Field Dam project. Agricultural Water Management. 97(2): 259-270. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2009.09.017 Yuan S, Li Z, Chen L, Li P, Zhang Z, Zhang, J, Wang A. 2022. Effects of a check dam system on the runoff generation and concentration processes of a catchment on the Loess Plateau. International Soil and Water Conservation Research. 10(1): 86-98. Yuan S, Li Z, Li P, Xu G, Gao H, Xiao L, Wang T. 2019. Influence of check dams on flood and erosion dynamic processes of a small watershed in the Loess Plateau. Water. 11(4): 834-850. https://doi.org/10.3390/w11040834. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 173 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 22 |
||