Embed Size (px)
Citation preview
1
SDI)(زیر ساختار داده هاي مکانیبینی پیش در حوضۀ رودها دکتر منیژة قهرودي تالی استادیار دانشگاه تربیت معلم
E-mail: [email protected]
چکیده
واکنـشی عمـل - حوضه هاي رود، واحدهاي ژئومورفولوژیکی هستند که بـه صـورت سیـستم فرآینـد از فعالیتهـاي (، انرژي پتانسیل )از بارش (،جنبشی )از خورشید (به صورت انرژي حرارتی کنند و ورودي آن می
بازده ایـن سیـستم آب ورسـوب و مـواد .می باشد ) در نتیجۀ فرآیندهاي هوازدگی (و انرژي شیمیایی )تکتونیکی زهکـشی تـاًمین این بازده از طریق مجاري رود انتقال می یابد،اما منابع آن از دامنه هـاي حوضـۀ . محلول است
نیـاز بـه زیـر . این سیستمهاي هیدرولوژیکی که تاًمین کنندة با ارزش ترین پدیده یعنی آب می باشـند . شود می به دلیل توانمندي هاي (AGREE method) در این راستا مدل هیدرولوژیکیساختار دادة مکانی ویژه اي دارد
. در حوضه هاي رود می باشدزیرساختارهاي داده هاي مکانی زیر قادر به ایجاد شناسایی خط تقسیم آب در حوضه ها - تعیین محدودة حوضه ها و خطالقعر آنها - حوضۀ یکتعیین مسیر هاي خروجی - مورد نظر حوضۀ باالدست و پایین دست مرتبط با حوضه هاشناسایی - حوضه هاژئوکدینگ - از طریق کد هاي منحصر . . . ینوپتیک و الحاق داده هاي سري زمانی ازجمله داده هاي هیدرومتري و س - )1:25000نقشه هاي رقومی(ملی انطباق با ساختار داده هاي مکانی - امکان اشتراك داده اي از طریق طراحی متادیتا در وب - . . . . و -
بـراي داده هـاي توپـوگرافی از . به اجـرا گذاشـته اسـت حوضۀ رود گرگان در این مقاله روش فوق براي متـر 90حـدود ( ثانیـه 30 با ابعاد سـلولهاي SRTM(Shuttle Radar Topography Mission )اي ماهوارهتصاویر
شناسـایی و اسـتخراج شـده AGREE methodحوضه هاي آبریز و زیر حوضه ها بـر اسـاس . استفاده شده است) مـورد ارزیـابی IRSي کدبندي شده است و بر اساس تصاویر مـاهواره ا حوضه ها زهکشها و نقاط خروجی . است
ایجاد شده که امکان اجراي طرح هـاي مهندسـی GIS (Geodatabase)و در نتیجه بانک دادة مبتنی بر قرار گرفت ، ارتباط آنها با داده هاي توصیفی یا سریهاي زمانی فراهم است حوضه ها،تحلیل
رودگرگان، بانک دادة هیدرولوژي، AGREE method، حوضۀ رودها :کلیدواژه
2
مقدمه -1 اطالعات مکانی یکی از مهمترین و حساس ترین عوامل تصمیم گیـري مـدیریت منـابع آب در جهـان
حاضر به شمار می رود و بسیاري از اهداف و نیازها در حوضه هاي رود زمانی عملی است که دسترسی به داده هاي ده هاي مکانی براي حوضه هاي رود در ایران کـه در قلمـرو ایجاد زیر ساختهاي دا. مکانی یکپارچه امکان پذیر باشد
که در سـازمانهاي آب 1:50000داده هاي رقومی . اهمیت ویژه اي دارد. خشک قرار دارد و کشوري کوهستانی است که در حال حاضـر توسـط سـازمان نقـشه 1:25000منطقه اي وجود دارد و داده هاي رقومی تولید شده در مقیاس
سازمان جغرافیایی نیروهاي مسلح تهیه می شود ، نمی تواند زیرساختهاي اساسی براي داده هـاي حوضـه برداري و لذا در این پژوهش هـدف ارائـۀ . تواند مدیریت منابع آب را به پایگاه داده هاي مکانی برساند اما می . هاي رود باشد
بتواند در سیستم اطالعات جغرافیایی حوضه که. روشی مناسب براي ایجاد زیر ساختهاي داده هاي مکانی می باشد . ت زیر پاسخ گویدیک بانک دادة هیدرولوژي باید قادر باشد به سؤاال.هاي رود مورد استفاده قرار گیرد
اصول شناسایی اشکال آب چیست؟- جریان آب و مواد چگونه از یک شکل به شکل دیگر حرکت می کند؟- و کیفیت آب با این اشکال در ارتباط است؟ چه الگوهاي زمانی از جریان آب -
)1شکل شمارة (شودایجاد بر اساس مؤلفه هاي زیر الزم است بانک دادة هیدرولوژي بنابر این (Knighton,1989,p: 7-29).
Network component ) (مولفه هاي شبکه -1 )(Drainage componentمولفه هاي زهکشی -2 (Channel component) مولفه هاي کانال -3 (Hydrography component) مولفه هاي آب شناسی -4 (Time Series component) مولفه هاي سري هاي زمانی -5
)com .esri.arconline://httpاقتباس از(مدل داده در هیدرولوژي : 1شکل شمارة
کارمنابع داده و روش -2کـه آخـرین ArcGIS در این حوضه از مدلسازي هیـدرولوژیکی در هاي مکانی طراحی ساختار دادهبراي
منتشر شده بود، استفاده شده است براي اینکار ابتدا شـبکۀ رودي Esri.comاز سایت 2006-1-2 نسخۀ آن در تاریخ یر توپـوگرافی بر روي مدل رقومی ارتفاع که از یک تـصو ، توپوگرافی استخراج شده بود1:50000که از نقشه هاي
SRTM سپس مدل رقومی با استفاده از مدل ) . از نظر زمین مرجع و مقیاس و واحد(استخراج شده بود، تثبیت شد Agree DEM توسط شبکۀ رودها اصـالح شـد ، (Grover,2006) و بـه کمـک توابـع Terrain Preprocessing” و
3
“Watershed Processing راي زهکشی حوضـه تعیـین گردیـد و سـپس شـبکۀ زهکـشی کیلومتر مربع ب1 ، آستانۀ ,Bull and Kirkby, 2002) ترسـیم شـده اسـت ، سلول که در یک امتداد بودنـد 100یعنی حدود. استخراج گردید
p:154)طی مراحل ذیل انجام شده است ، و سپس سایر عملیات : ي رود موجود در نقشه هـاي و اصالح مدل توسط شبکه ها SRTM تصویر ساخت مدل ارتفاعی بر اساس -1
سازمان نقشه برداري 1:50000 استخراج عناصر حوضه هاي رود شامل شبکۀ زهکشی ، زیر حوضه ها و نقاط خروجی زیر حوضه ها -2 به عناصر فوق (hydroid)اختصاص کدهاي منحصر -3 شناسایی سطوح زهکشی براي هر زیر حوضه، حوضۀ باالدست و پایین دسـت مـشخص مـی شـود و هـر -4
می شود بـه طوریکـه حوضـه ، رود و نقـاط خروجـی (NextDownID) حوضه داراي کد حوضۀ پایین دست . داراي کد مشترك می باشند
اختصاص داده هاي هیدرومتري ، کلیماتولوژي از طریق کد هاي به زیر حوضه ها -5 بر اساس کد منحصر ... و داده هاي مکانی از جمله شیب طولی رود ها انتقال سایر -6
AGREEقبل از هرنوع تحلیل هیدرولوژي نیاز به ارزیابی مدل ارتفاعی و اصالح آن می باشد به این منظوراز method ابداع شده است براي آشـنایی بیـشتر 1997 در سال 1 استفاده شده است که این متد توسط دانشگاه تکزاس
.2از این روش به منبع زیر مراجعه شودکند در مدلهاي ارتفاعی اگر سلولی توسط سلولهایی با ارتفاع بیشتر احاطه شود، جریان از آن سلول عبور نمی
اگرچـه . باشد لذا تشخیص و پیدا نمودن این سلولها و اصالح آنها از جمله عملیات اصالحی مدل ارتفاعی فوق می ، امـا )1383قهـرودي و نعیمـی (تخراج شـده بـود قبالً از نقشه هاي توپـوگرافی اسـ گرگان رود مرز حوضۀ زهکشی
جهت حرکت نیروي جاذبۀ زمین بـر اسـاس (ضرورت داشت تا مرز حوضۀ آبریز بر اساس قوانین دینامیکی حرکت مورد مطالعه قـرار گرفـت و رود گرگان لذا بر اساس مدل ارتفاعی و جهت یابی شیب، حوضۀ ، تعیین گردد ) شیب
یکی به سه زیر حوضه تقسیم گشت خطوط تقسیم آب تغییـر پس از محاسبۀ روند زهکشی، این حوضه از نظر دینام تـصاویر . این سه زیر حوضه داراي خروجی هـاي مجـزا مـی باشـند . نمود و همچنین مرز زیر حوضه ها تغییر کرد
حدودة حوضۀ به دست آمده و خروجـی سـه حوضـه را 2شکل شمارة . موارد فوق را تاًئید می کند IRSماهواره اي همچنانکه این تصویر بیان می کندحوضۀ چیچک و قرناوه از نظر زهکشی یـک حوضـۀ . دهد یروي تصویر نشان م
. محسوب می شود و زیر حوضۀ شورده دو حوضۀ مستقل می باشند که خروجی هاي متفاوت دارند براي تعیین وضعیت زهکشی در قسمتهاي بیرون از حوضه ، خطوط بزرگترین شیب ترسیم گردید و جهت
نیـز مـشخص PAN مالحظه می شود و در تـصویر مـاهواره اي 3ین گردید ، همچنانکه در شکل شمارة حرکت تعی است در قسمتهاي شمال و شمالشرق حوضه ، بخشهایی وجود دارد که جهـت جریـان در ایـن قـسمتها بـه سـمت
جدا شد و سـه لذا این بخشها. به بیانی دیگر از نظر زهکشی جزو این حوضه محسوب نمی شود .حوضه نمی باشد .حوضه براي مطالعه تفکیک گردید
1 University of Texas(Austin 1997) 2 http://www.ce.utexas.edu/prof/maidment/GISHYDRO/ferdi/research/agree/agree.html
4
حوضه هاي استخراج از مدل ارتفاعی: 2شکل شمارة
قسمتهاي خارج از حوضه : 3شکل شمارة
5
یعنی و حوضۀ شمالی آن ه دست آمد و سه حوضه تفکیک گردید بنابراین مرز سه زیر حوضه از مدل فوق ب حوضۀ مورد مطالعه و شـبکۀ زهکـشی مربـوط بـه آن را 4شکل شمارة . علیاي گرگان رود براي مطالعه انتخاب شد
.نشان می دهد
IRS در تصویر 2موقعیت حوضۀ مورد مطالعه نسبت به سد گلستان : 4شکل شمارةاهه ها ي اصلی که در حال حاضر می توانـد وجـود ژي براي وجود جریان در آبر با استفاده از توابع هیدرولو
سلول می باشد توسط شبکۀ هـاي موجـود 100کیلومتر مربع که معادل 1داشته باشد آستانۀ جریان براي سطح برابر . زهکشی می شود 5در شکل شمارة
کیلومتر مربع در حوضۀ علیاي رود گرگان 1جریان رود در آستانۀ : 5شکل شمارة
6
ز بـاال )6شـکل شـمارة (د بررسی قرار گرفـت براي به دست آوردن سطوح زهکشی مدل ارتفاعی حوضه مور
)7شکل شمارة(دست حوضه به سمت پایین یک عدد شناسه گرفت
مدل رقومی ارتفاع اصالح شده: 6شکل شمارة
کد کذاري حوضه هاي زهکشی در علیاي رود گرگان : 7شکل شمارةشکل (مورد بررسی قرار گرفت شبکۀ زهکشی شیب دادة هیدرولوژي انتقال داده هاي توصیفی به بانک براي
)9شکل شمارة.( درجه استخراج شد30و شیبهاي بزرگتر از ) 8شمارة
7
شیب شبکۀ زهکشی در علیاي رود گرگان به درصد : 8شکل شمارة
درصد در علیاي رود گرگان 30شیب بزرگتر از : 9شکل شمارة کیلومتر مربع 1بر اساس مدل ارتفاعی اصالح شده توسط شبکۀ رودها و جهت یابی شبکۀ زهکشی و آستانۀ
زیرحوضه هاي آبریز تفکیک شدند و کدهاي منحصر دریافت نمودند، سپس شبکۀ زهکشی ایـن حوضـه هـا 431، خص شده و همان کـدها را خروجی حوضه هاي آبریز مش. تفکیک شده و کد یکسان با حوضۀ خود دریافت نمودند
را بـه خـود 413 تـا 1و کدهاي ) 10شکل شمارة( حوضه تفکیک شده413به عبارت دیگر . به خود اختصاص دادند و به همـان ترتیـب ) 11شکل شمارة ( حوضه شناسایی و تفکیک شد 413 زهکش براي 413اختصاص دادند، سپس
حوضـه را 413 حوضـه برداشـت شـد و کـدهاي 413ي خروجی یا معبـر هـا . را دریافت نمودند 413 تا 1کدهاي . )12شکل شمارة(دریافت کردند
8
کد بندي شدهریزواحد هاي آب : 10شکل شمارة
کد بندي شدهریزشبکۀ زهکشی که بر اساس واحد هاي آب : 11شکل شمارة
کد بندي شدهریزحد هاي آبخروجی هاي زهکشی که بر اساس وا : 12شکل شمارة
9
بحث و نتیجه گیري -3 به دست آمده بود اسـاس تحلیـل هـاي بعـدي قـرار GIS از تحلیل مدل هیدرولوژیکی در ۀ فوق که سه الی
خـط (زیرا بر اساس توپولوژي ساخته شده براي تمام حوضه ها ، جهت سلولها به سمت عمیـق تـرین خـط . گرفتیاب ولهاي غیر همجهت به عنوان خط تقسیم آب لحاظ شد و در اثر توابع جهت قرار گرفت ، بلند ترین سل ) القعر
و در نتیجـه . خروجی ها ، ورودي حوضه هاي پایین تر قـرار گرفـت . ، خروجی هاي زیرحوضه ها مشخص گردید بخـشی وضعیت کد بندي در 15شکلهاي شمارة .)14شکل شمارة (بانک دادة هیدرولوژي مکان مرجع شکل گرفت
مـشترك مـی باشند،پتانـسیل این کد ها که در سه الیۀ نقطه، خط و پلیگـون . ۀ رود گرگان را نشان می دهد حوضاز الحـاق سـاختار دادة مکـانی و گویـاي 2 منبع شمارة .الحاق داده هاي توصیفی و یا داده هاي مکانی رادر خود دارند
. می باشدغیره سینوپتیک ، کاربري و داده هاي هیدرومتري،رسوبسنجی،
واحد هاي آبخیز ، شبکۀ زهکشی و خروجی ها : 14شکل شمارة
در جنوب شرق حوضه ساختار ژئوکدینگ :15شکل شمارة
10
زیـر حوضـه 431 کیلـومتر مربـع مـی باشـد کـه شـامل 728/800مساحت کل حوضۀ مورد بررسی برابر با کـه از شامل حوضه هاي زهکـشی . مالحظه می شود 14 تا 12سه الیۀ به دست آمده که در شکلهاي شمارة .باشد می
خروجـی بـراي حوضـه هـا 431 شبکۀ زهکشی استخراج شده اسـت و 431. کدگذاري شده است 431 تا 1شمارة را بـه سـمت خروجـی 5 ، زیرحوضـۀ 5به طور مثال شبکۀ شمارة . تعیین شده است که کد آنها با هم مشترك است
در سه الیۀ زیر حوضه ، شبکۀ زهکشی می باشد GridIDکد حوضه که در الیه ها به نام . زهکشی می کند 5شمارة حوضۀ پایین دسـت منظـور . و نقاط خروجی می باشد سه الیۀ اخیر به ترتیب به شکل پلیگون، خط و نقطه هستند
کد ورودي ، شبکۀ زهکشی وارد شـده . حوضه اي است که نقاط خروجی حوضۀ باال دست به پایین دست می رسد کـه . براي زهکشی زیر حوضه و کد خروجی ، شبکه اي است که رسوب و آب از این حوضه به آن انتقال مـی یابـد
نقاطی که در نقشه هاي فوق به نام نقاط انتقال رسوب . کد حوضه و کد خروجی مشخص است 15شمارة در شکل دریافت کننده هاي حوضه هاي باالدست می باشند و وارد کننده هاي رسوب بـه زیـر حوضـه هـاي . مشخص است
مراکز ثقل براي زیـر حوضـه این نقاط حداکثر پتانسیل را براي تغییر بستر دارند زیرا به عنوان . پایین دست می باشند تعیین آستانۀ مساحت براي زیر حوضه هاي زهکشی اهمیت خاصـی . هاي بسته از مدل ارتفاعی استخراج شده است
علیـاي گرگـان رود اگر به رنج مساحت زیر حوضه ها در .دارد که با تعیین نقاط ثقل یک حوضه مشخص می شود کیلومتر مربع است و کوچکترین حوضـه 44/8 می باشد که مساحت آن برابر 226توجه شود بزرگترین حوضه ، کد
حداقل آستانۀ زهکشی در حوضه یرا ز .)1385قهرودي،( متر مربع است 9952 می باشد که مساحت آن حدود 23کد قت ارتفاعی داده هاي ارتفاعی نیز در طراحی ساختار داده هـاي مکـانی اهمیـت د . کیلومتر مربع در نظر گرفته شد 1
هترین داده هایی که براي این منظور می توان استفاده نمود، داده هاي سـه بعـدي رقـومی اسـت کـه ب . دارد ویژه اي یشنهاد می شود کـه بـراي پ . متر است 10داده ها داراي دقت ارتفاعی ین ا .توسط سازمان نقشه برداري تهیه می شود
ایجاد ساختار دادة مکانی براي حوضۀ رودها در ایران ، داده هاي ارتفاعی فوق توسط شبکۀ آبراهه هـاي موجـود در هر دو این داده هـا توسـط یـک ون چ . و سپس مورد استفاده قرار گیرد شود اصالح 1:25000نقشه هاي توپوگرافی د و همچنین چون جدید ترین داده هاي مکانی تولیـد ن و مختصات یکسان تولید می شو صویرسازمان و در سیستم ت
دادة مکـانی مـورد سـازي ساختاربـراي در ایـران در هر بانک دادة جغرافیـایی به بیانی دیگر شده در ایران هستند و حوضـۀ رودهـا در از داده هاي ملی در پیش بینی زیر ساختار داده هاي مکانی در استفاده ، لذا استفاده قرار می گیرند .ایران ضرورت دارد
فهرست منابع -4 IRS(lLISSIII , PAN)سازمان جغرافیایی نیروهاي مسلح، تصاویر ماهواره اي .1 و نقـش آن بـر ناپایـداري و 2پتانسیل حرکت رسوب در حوضه سـد گلـستان )1385(قهرودي تالی، منیژه، .2
، شرکت سهامی مدریت تغییرات مشخصات هندسی رودهاي قرناوه ، چکیک ، شورده و علیاي گرگان رود منابع آب ، دفتر فنی و پژوهشها
، پیش بینی رسوب و بررسی رابطـۀ تغییـر در کـاربري اراضـی و )1383(قهرودي تالی، منیژه، نعیمی، علی، .3شـرکت سـهامی مـدریت ، ANN,RS,GISبا استفاده از تکنیـک ) 2(برآورد رسوب در حوضۀ سد گلستان
منابع آب ، دفتر فنی و پژوهشها4. Bull,L.K.,Kirkby,M.J.,(2002), Dryland Rivers, Hydrologh and Geomorphology of Semi-arid
channels. Wiley.p: 107-173 5. Carbonneau,P.E.Bergeron,N.E. Lane,S.N.(2005). Texture-based image segmention applied to
the quantification of superficial sand in Salmonid River Gravel. , Earth Surface Processes Landform. InterScience.p: 121-128
6. Escabias,M., Aguilera, A.M., Valderrama,M.G.(2005) Modeling environmental data by functional principal component logistic regression. The official journal of the International Environmetrics Society.p 95-107
7. Gregory,K.J., Benito,G,(2005), Developing a protocol for relating environmental change to global change, Sixth International Conference on Geomorphology.p:81
11
8. Grover,Swati,(2006) Perspectives of GIS modelling in hydrology, GIS Development,2006 9. Kershaw,J.A. Clague,J.J. Evans,S.G.,(2005). Geomorphic and sedimentology signature of a
two-phase outburst flood from Morainedammed Queen Bess Lake, britissh Columbia, Canada, Earth Surface Processes Landform. InterScience.p: 1-25
10. Knighton,David,(1989). Fluvial forms and processes, Edward Arnold.Krzysztofowiez , Roman,(2001). The case for probabilitistic forecasting in hydrology.journal of Hydrology. Elsevier
11. Medhna, J.L. Camacho,E. Reca,J. Lopez,R. and Roldan,J.(1998). Determination and analysis of regional evapotranspiration in southern Spain based on remote sensing and GIS. Pergamon.
12. Simon,A.(2005), Meander Bend: Goodwin creek, Mississippi,USA. International Conference on Geomorphology.p:86
