تحلیل حساسیت متغیرهای ژئومورفولوژی موثر بر سیلاب با استفاده از مدل HEC-HMS (مورد مطالعه: زرچشمه هونجان- استان اصفهان)

مقدمه

بررسی­های سازمان ملل متحد حاکی از آن است که سیل را باید یکی از جدی­ترین بلایای طبیعی به­شمار آورد. تنها معدودی از کشورهای جهان را می­توان یافت که فارغ از مسائل و مصائب سیل باشند. بررسی آمار و اطلاعات خسارات سالانه­ ناشی از وقوع سیلاب­ها در ایران و جهان، بیانگر گستردگی صدمات ناشی از سیلاب به منابع طبیعی، انسانی و اقتصادی مناطق مختلف می­باشد (وهابی، 1385: 34). روند افزایش سیل در 5 دهه­ گذشته، نشان می­دهد که تعداد وقوع سیل در دهه 80 نسبت به دهه 40 تقریباً ده برابر شده است و به­عبارت دیگر900 درصد افزایش داشته است (عبدی، 1385: 200). روندیابی سیل، امکان شناخت ویژگی­های سیل زیرحوضه­­ها و نحوه عملکرد آن­ها را در یک سیستم متقابل عمل و فرآیند ممکن می­کند و بررسی متغیرهای ژئومورفیک علل این سازوکارها را مورد بررسی قرار می­دهد. دانش ژئومورفولوژی با در اختیار داشتن ابزار گسترده قادر است، نقش مؤثری در شناخت سیلاب مناطق و تحلیل عوامل آن ارائه کند. تحقیقات می­می­کو (1983) در یونان نشان داد که علاوه بر بارش متوسط حوضه و مساحت سه فاکتور شیب آبراهه اصلی، فراوانی آبراهه و شاخص مربوط به خاک نقش بیشتری در تولید رواناب دارد (سلیمانی، 1378: 15). کیلبرت (1996)، در بررسی سیلاب­های شدید به این نتیجه رسید، که غیر از حالت­های محدود، سیلاب­های شدیدی که در حوضه­های بزرگ حادث می­گردد در نتیجه بارندگی است و تأثیر انسان در منطقه، پوشش گیاهی، خاک، توپوگرافی و بستر رودخانه از اهمیت کمتری برخوردار بوده است، مگر در شرایط استثنایی که تخریب شدید باشد. همچنین مشخص شد که میزان خسارت سیلاب­ها را می­توان با تغییرات در بستر رودخانه کاهش داد (رحیمی، 1378: 10). مک لین[1] و همکاران (2001)، ترکیبی از Arcview و برنامه الحاقی GIS-HEC را برای آنالیز دشت سیلابی پاگارتا[2] در لس آلاموس[3] به­کار گرفتند. این دشت در سال 2000 تحت تأثیر آتـش­سوزی قرار گرفته بـود. داده­های رواناب بارش قبل از آتش­سوزی توسط مدل HEC_HMS موجود بود. با کالیبره کردن مدل توسط داده­های بارش در تابستان سال 2000 مشخص شد که اجرای مدل فوق همخوانی خوبی با داده­های سیل منطقه دارد و هیدروگراف سیل برای بارش 6 ساعته در دوره برگشت 100 سال برای منطقه طراحی شد. پلات[4] (2002)، در تحقیق خود با نام «خطر سیل و مدیریت آن»، پهنه­بندی خطر را به­عنوان شیوه کاملاً مشخصی برای سامان­دهی و مدیریت خطرهای ناشی از عوامل طبیعی زیست محیطی یا انسانی که از بین آن­ها سیل بسیار بارزتر است، تعریف کرد. چن[5] و همکاران (2011)، روش تحلیل خوشه­ای فازی و شاخص­های مساحت تحت تأثیر قرار گرفته، تعداد تلفات جانی، تعداد خانه­های ویران شده و میزان خسارت اقتصادی مستقیم را در طبقه­بندی خطر سیلاب در 30 استان چین به­کار بردند و به این نتیجه رسیدند که روش تحلیل خوشه­ای فازی روشی مناسب برای طبقه­بندی خطر سیلاب است.

در ایران مرید و قائمی (1376)، برای تشابه­سازی بارندگی-رواناب در استان هرمزگان مدل HEC-1 را برای تعدادی از سیل­های مهم حوضه­های آبخیز بکار گرفته­اند. براساس نتایج به­دست آمده از مطالعات انجام شده، مدل HEC-1 به­طور مطلوبی امکان تشابه­سازی بارندگی-رواناب را دارد، ولی در کاربرد آن باید به دو نکته توجه شود: اول، این­که در واسنجی پارامترها، لازم است از هیدروگراف­هایی استفاده شود که از شکل متعارف زنگوله­ای برخوردار باشد و هیدروگراف­های با تغییر زیاد و یا آن­هایی که یکباره به اوج می­رسند جواب­های غیرواقعی خواهند داشت. دوم، این­که در استفاده از هیدروگراف واحد جهت برآورد سیلاب، پارامترهای مورد نیاز براساس ضریب متعارف جواب­های مناسبی نمی­دهند (خسروشاهی و ثقفیان، 1384). خسروشاهی (1381)، مدل HEC-HMS را جهت تعیین زیرحوضه­های سیل­خیز حوضه آبخیز دماوند در استان تهران به­کار برد، و از روش SCS جهت تعیین ارتفاع رواناب و از روش ماسکینگام برای روندیابی هیدروگراف­ها استفاده نمود. در پژوهش وی، زیرحوضه­های سیل خیز براساس سهم مشارکتی آن­ها در سیلاب حوضه تفکیک شده­اند. امیراحمدی و شیران(1388) با استفاده از مدل HEC-HMS به بازسازی مدل حوضه و روندیابی هیدروگراف­های سیل در دشت کرون پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد، نحوه مشارکت زیرحوضه­ها در سیل خروجی لزوما متناسب با دبی اوج زیرحوضه­ها نبوده و زیرحوضه­های با دبی اوج بیشتر ضرورتا تأثیر بیشتری در سیل خروجی حوضه ندارند. امیدوار و اژدرپور (1391)، در پژوهشی با عنوان، مقایسه شبکه عصبی مصنوعی و مدل HEC-HMS در برآورد بارش- رواناب در حوضه آبریز رودخانه اعظم هرات، به بررسی کارآمدی شبکه­های عصبی مصنوعی در شبیه سازی فرایند بارش- رواناب و مقایسه آن با نتایج مدل HEC-HMS پرداختند. نتایج نشان داد که در حوضه مطالعاتی دقت شبکه بیشتر از مدل HEC-HMS بوده است.

در این تحقیق، روندیابی سیل با استفاده از متغیرهای ژئومورفیک در حوضه زرچشمه هونجان مورد بررسی قرار گرفته است. زرچشمه هونجان یکی از دشت­های پایکوهی است که از استعداد فراوانی در ارتباط با فعالیت­های کشاورزی و باغداری برخوردار می­باشد. این منطقه به­دلیل نزدیکی به مناطق شهری به­خصوص شهر اصفهان می­تواند به­عنوان مرکزی برای تولید محصولات کشاورزی به حساب آید. لیکن در سال­های اخیر به­علت خشکسالی­های پی در پی و نیز با توجه به جمعیت روزافزون آن، مشکلات فراوانی را در رابطه با تأمین آب به­ویژه در بخش کشاورزی داشته است. این در حالی است که هر ساله سیل­های مخرب به بخش­های وسیعی از زمین­ها و باغات حاشیه رودخانه آسیب وارد می­کند. شناسایی و پیش­بینی حجم سیلاب این زیرحوضه که بدون شک زمین­های پایین دست را متأثر می­کند و مشخص نمودن اولویت و حساسیت زیرحوضه­های آن برای اجرای برنامه­های کنترل سیل امری لازم و ضروری است. از طرفی با توجه به نیاز روزافزون این ناحیه و تأمین آب در بخش­های مختلف کشاورزی، صنعت و شرب و نیز جلوگیری از اثرات زیان­بار سیلاب­ها از مهم­ترین ضرورت­های این تحقیق انجام اقدامات مدیریتی شامل: شناسایی زیرحوضه­ها با عملکرد بحرانی و شناسایی عوامل سیل­خیزی در جهت جلوگیری از تخریب زمین­های کشاورزی و فرسایش خاک و کمک به رفع معضل کم­آبی منطقه را باید عنوان نمود.

منطقه مورد مطالعه

حوضه موردمطالعه بین طول جغرافیایی ^"15′52^˚51 و ^"15′44^˚53 درعرض جغرافی^"33^′28^˚31 و^"15′34^˚31 قرار گرفته است. از نظر موقعیت سیاسی در استان اصفهان، شهرستان شهرضا در دهستان اسفرجان از بخش مرکزی قرار گرفته و شامل روستای هونجان، مزارع ماش، آیینه قری، چهارقاش می­باشد، که فاقد جمعیت ساکن ولی ییلاق تعدادی از عشایر ایل قشقایی در فصل تابستان است (شکل 1). این حوضه از سمت غرب با بخش هوک، از شمال با روستای هونجان، از جنوب با شهرستان سمیرم، از شرق با شهرستان آباده ارتباط دارد. زهکش اصلی حوضه رودخانه زرچشمه است. حوضه مورد نظر از یک رشته کوه که جزء پیش کوه های زاگرس می­باشد، تشکیل شده است. این ارتفاعات اکثر از تشکیلات آهکی دوران کرتاسه است، که قابلیت نفوذپذیری آنها خوب می­باشد. ارتفاع متوسط حوضه 8/2714 متر است و مرتفع­ترین نقطه حوضه 3718 متر و پست­­ترین نقطه 2440 متر ارتفاع دارد. شیب متوسط حوضه 14% می­باشد. اقلیم منطقه مطابق رده­بندی دومارتن درگروه اقلیم مدیترانه­ای و طبق رده­بندی آمبرژه درمحدوده اقلیم نیمه­مرطوب معتدل قرار می­گیرد. مساحت حوضه زرچشمه هونجان 122 کیلومترمربع و مـحیط حوضه 54 کیلومتر است .از نظر زمین­شـناسی حوضه مورد مطالعه در پهنه زمین­ساختی ایران مرکزی و بر روی منتهی­الیه کمربند سنندج- سیرجان قرار گرفته است. عمده تشکیلات زمین­شناسی مربوط به دوران ترشیاری می­باشد (نقشه زمین­شناسی 1:250000 اصفهان).

شکل (1) موقعیت محدوده مورد مطالعه (ماخذ:نگارندگان)

مواد و روش­ها

برای اجرای روش شبیه­سازی، نقشه توپوگرافی منطقه با مقیاس 1:50000رقومی گردید، و حوضه مورد نظر به 24 زیرحوضه تفکیک شد (جدول 1). نقشه آبراهه­ها و زیرحوضه­های زرچشمه هونجان در شکل (2) آمده است. جهت شبیه­سازی هیدرولوژیکی از مدل  HEC-HMSاستفاده شده است. از آنجا که منطقه مورد مطالعه فاقد ایستگاه آب­سنجی است، برای برآورد رواناب حوضه روش SCS  به­کار گرفته شد. در جدول (1) متغیرهای ژئومتری محاسبه و برای حوضه آورده شده است.

شکل (2) نقشه آبراهه­ها و زیرحوضه­های زرچشمه هونجان

R: ارتفاع رواناب (سانتی­متر)                              QP: دبی سیلابی (مترمکعب بر ثانیه)

TP: زمان اوج هیدروگراف                                  A: مساحت حوضه (هکتار)

S: نمایه نگهداشت آب در داخل حوضه                P: بارش (سانتی­متر)

جدول (1) متغیرهای ژئومتری حوضه

برای روندیابی بازه­ها روش Tlag انتخاب شد. روش مذکور برای هر عامل بازه به­صورت زمان تأخیر آن بازه تعریف می­شود و فرمول آن به­صورت رابطه (4) تعریف می­شود (علیزاده، 1383: 483).

که در آن: Tlag: زمان تأخیر (ساعت)

L: طول هیدرولیکی آبراهه اصلی (متر)

CN: شماره منحنی وزنی حوضه

H: شیب متوسط وزنی آبراهه (درصد)

برای به­دست آوردن کمیت­های مورد نیاز از امکانات GIS و لایه­های تهیه شده استفاده گردید. این کمیت­ها شامل: شیب متوسط حوضه، طول حوضه، زمان تمرکز، زمان تأخیر، CN، ارتفاع متوسط حوضه و بارندگی 6 و 24 ساعته بوده که در جدول (2) آمده است.

جدول (2) داده­های موردنیاز برای فرآیند HEC-HMS

در بررسی و روندیابی سیل درحوضه و مطالعه نقش مشارکتی زیرحوضه­ها در سیلاب حوضه از روش شبیه­سازی هیدرولوژیکی بارش-رواناب توسط نرم­افزار HMS-HEC استفاده شد. مدل HMS-HEC یک مدل ریاضی است که می­تواند ححجم، دبی اوج و زمان رسیدن به دبی اوج سیلاب را به­وسیله شبیه­سازی رفتار حوضه بازسازی کند. از مزایای این برنامه آن است که در حوضه­ها با اندازه، شکل و پارامترهای مختلف، قابلیت کاربرد دارد (بارتون[6]، 2003: 1). این روش،  بارش-رواناب را شبیه­سازی نموده و توسط قابلیت بالای گرافیکی خود قادر به نمایش گراف­های سیلاب درتمامی عوامل حوضه می­باشد .این ویژگی امکان روندیابی موج سیل و بررسی چگونگی عملکرد موج سیل با مشارکت فعال زیرحوضه­ها را فراهم می­کند. به­علاوه امکان مقایسه شکل هیدروگراف سیل در زیرحوضه­ها را ممکن می­سازد. ساختار مدل از سه بخش مدل حوضه، مدل هواشناسی و شاخص کنترل تشکیل شده است (دیویس[7]، 2001: 5). با استفاده از نرم­افزار HMS-HEC مدل حوضه در این نرم­افزار بازسازی شد که شامل: زیرحوضه­ها (S)، بازه­ها (R)، و نقاط اتصال آبراهه­ها (J) است. این مدل در شکل (3) آمده است.

شکل (3) مدل حوضه زرچشمه هونجان و زیرحوضه­های آن در نرم­افزار HEC-HMS

جهت نشان دادن تأثیر هر کدام از پارامترها، از آنالیز حساسیت استفاده شد. آنالیز حساسیت روشی است، که نشان می­دهد کدام یک از پارامترها تأثیرات شدیدتری بر نتایج اعمال می­کنند. رتبه­بندی پارامترهای مدل  براساس مشارکت آنها روی­هم­رفته در مدل قابل محاسبه است .آنالیز حساسیت می­تواند در مقیاس محلی یا کلی انجام گیرد .در مقیاس محلی تأثیر هر پارامتر به­شکل مجزا با ثابت نگه­داشتن سایر پارامترها محاسبه می­شود .در مقیاس کلی به همه پارامترها اجازه تغییر در یک زمان داده می­شود و نحوه عملکرد آن بر اساس انتخاب تصادفی پارامترها و روش­های احتمالاتی است (ساندرلیک[8] و پی.سیمونوویک[9]،47:2004). در حال حاضر آنالیز حساسیت نقش کلیدی در تحلیل­های مربوط به سیلاب دارد و استفاده از آن برای تحلیل­های کوتاه­مدت تا بلندمدت خردمندانه است (پرین[10] و همکاران، 2007: 131). آنالیز حساسیت بینش توانمندی  در مطالعه نتایج مدل ایجاد می­کند که در جریان نتیجه­گیری ناشی از مدل­سازی هیدرولوژیکی از جمله ریسک خطر یا کاهش خطر مهم خواهد بود (بون^[11] و همکاران، 2008: 1). برای انجام تحلیل حساسیت از بین پارامترهای موجود سه متغیر مساحت، شیب و CN  انتخاب شد. از بین نتایج مختلف این نرم­افزار، دبی اوج سیلابی که از مؤثرترین پارامترهای براورد سیل است برای بررسی انتخاب شده است. این نرم­افزار دبی اوج خروجی کل حوضه را 22/1075 مترمکعب در ثانیه برای بارش طراحی 6 ساعته در دوره بازگشت 100 سال ارائه می­کند.

بر پایه تقسیم­بندی عوامل موثر بر هیدروگراف سیل، دو دسته مشخص از این عوامل تفکیک­پذیر هستند: دسته اول، شامل عواملی است که تأثیر­گذاری بر آن­ها از قدرت بشر خارج بوده و عملاً نمی­توان با تغییر آنها اقدام به تعدیل هیدروگراف حاصل از بارش موثر در یک نقطه خاص نمود.

این عوامل به­طور عمده شامل: عوامل اقلیمی و برخی خصوصیات فیزیوگرافی از جمله: شکل و اندازه حوضه می­باشد .دسته دوم، عواملی هستند که در امور آبخیزداری و طرح­های کنترل سیل با استفاده از آن­ها می­توان تا حدی دبی اوج هیدروگراف یک حوضه را کاهش داد .از جمله آنها می­توان به شیب آبراهه، پوشش و کاربری ارضی اشاره نمود .به­طور کلی روش هایی که این­گونه عوامل را در سطح حوضه آبخیز به­صورت یکپارچه در نظر می­­گیرد، به­دلیل وسعت وگستردگی حوضه­های آبخیز برای ارائه راه­حل­های بهینه اجرایی، همواره با مشکل مواجه می­شود (خسروشاهی، 1384: 31).

برای بررسی وضعیت زیر­حوضه­ها در جهت ارائه پیشنهادات مدیریتی قابل اجرا اقدام به آنالیز حساسیت زیرحوضه­ها شد .آنالیز حساسیت زیرحوضه­ها در دو گام انجام گردید.

1- ­آنالیزحساسیتمتغیرهایشیب،  مساحتو  CN:

از بین خصوصیات فیزیکی و پارامترهای ژئومورفولوژیکی زیرحوضه­ها سه متغیر شیب، CN و مساحت برگزیده شد.

این سه عامل در دامنه منطقی خود به­ترتیب در تمام زیرحوضه­ها تغییر داده شدند .برای مساحت و شیب دامنه تغییر 50± (شامل دامنه ده تایی اعداد از 50- تا 50+) و برای CN دامنه متغیر 10± (شامل دامنه هشت تایی اعداد از 10- تا 10+) در نظرگرفته شد. با تغییر هر کدام از سه عامل و به ازای تغییر عدد دامنه، کلیه ویژگی سایر زیرحوضه­ها ثابت نگه داشته شد تا تغییر در هیدروگراف خروجی کل حوضه کاملاً مشخص باشد.

حاصل هر بار تغییر در دبی اوج خروجی حوضه در نظر گرفته شد .بدین شکل مدل HEC-HMS بیش از چهارصد بار در تمام زیرحوضه­ها اجرا شد .سپس نمودار تحلیل حساسیت زیرحوضه­ها به تغییر سه عامل مذکور ترسیم گردید.

2-­ حذفانفرادیزیرحوضه­ها

در دومین گام تحلیل حساسیت، برای اولویت­بندی زیرحوضه­ها از نظر سیل­خیزی و به­عبارتی تعیین میزان تأثیر هر یک از زیرحوضه­ها در دبی سیل خروجی کل حوضه از روش ابداعی «تکرار حذف انفرادی زیرحوضه» استفاده می­شود.

در این روش ابتدا هیدروگراف سیل خروجی با مشارکت کلیه زیرحوضه­ها با کاربرد مدل HEC-HMS محاسبه می­شود. سپس با حذف متوالی و یک به یک زیرحوضه­ها از فرایند روندیابی داخل حوضه، میزان مشارکت هر یک از آنها در دبی اوج خروجی حوضه به­دست می­آید .زیرحوضه­ای که بیشترین کاهش را در دبی خروجی کل حوضه از خود نشان دهد بیشترین سهم را در ایجاد سیل خروجی به­عهده داشته و به­عنوان اولویت اول شناخته می­شود. بدین ترتیب کلیه زیرحوضه­ها با توجه به میزان مشارکت آنها در دبی خروجی حوضه اولویت­بندی می­شود (خسروشاهی، 32:1384). این نکته را باید اضافه کرد که این اولویت­بندی برای بارش­های طراحی خاص که معمولاً برای کارهای آبخیزداری و کاهش خطر سیل از آن استفاده می­شود، انجام  شده است هر چند ممکن است با تغییر دوره بازگشت و یا تداوم بارش، پتانسیل تولید سیل زیرحوضه­ها و یا محل تولید بالاترین دبی پیک تغییر کند از این رو لازم است اولویت­بندی سیل­خیزی با توجه به اهداف مورد نظر تعیین شود.

بحث و نتایج

مقایسه هیدروگراف سیل در زیرحوضه­های مورد مطالعه، نشان می­دهد که قله هیدروگراف سیل درحوضه­های کشیده، پهن­تر از سایر زیرحوضه­هاست .دبی سیلابی در واحد سطح آنها کمتر از سایر زیرحوضه­ها بوده و زمان رسیدن به اوج آن­ها طولانی بوده است. بر­عکس حوضه­هایی که غیر کشیده اند، دبی سیلابی آن­ها در واحد سطح بیشتر بوده و در زمان کوتاهی به دبی اوج رسیده­اند و آبنمود آنها نوک تیز بوده است (برای خنثی­سازی اثر سطح زیرحوضه­ها، دبی در واحد سطح در نظر گرفته شد زیرا در زیرحوضه های بزرگ تلفات رواناب بیشتر است). سه دسته زیرحوضه به­طور مجزا قابل مشاهده­اند که ویژگی­های آنها در جدول (3) آمده است. شکل4 نمونه هایی از هر یک از هیدروگراف­های با ویژگی قله پهن، نسبتا پهن و تیز را نشان می­دهد.

شکل (4) هیدروگراف زیرحوضه­های  S8،S11  وS20 حوضه زرچشمه

جدول (3) هیدروگراف­های سیل در زیرحوضه­ها (ماخذ: نگارندگان)

ذکر این نکته ضروری است که زیرحوضه­های گروه یک از مساحت زیادی در بین سایر زیرحوضه­ها برخوردارند و در بررسی ویژگی دبی اوج برای خنثی کردن اثر مساحت، دبی در واحد سطح در نظر گرفته شده است.

در عوامل اتصال، ترکیب مثبت موج سیل از ترکیب موج سیل سایر عوامل صورت گرفته است که منجر به تشدید مقدار دبی اوج در عامل اتصال شده است .همین­طور در حرکت موج سیل به سمت پایین دست حوضه مشخص می شود که اثر گذاری و مشارکت زیر حوضه­های پایین دست، در افزایش دبی پیک به شدت کاهش یافته است.

با تغییر عامل شیب مشخص شد زیرحوضه­ها بر خلاف تصور با افزایش شیب یا کاهش آن به شکل یکسان در هیدروگراف سیل خروجی حوضه مشارکت نداشته­اند، و حتی افزایش شیب در دسته­ای از زیرحوضه­ها منجر به کاهش دبی اوج حوضه بوده است (شکل 5 و 6). علت این امر دخالت دادن عامل مهم روندیابی سیل در بازه­­ها و نیز زیرحوضه­هاست، که اثر همزمانی رسیدن همه موج­های سیل در آن واحد به خروجی حوضه را حذف می­کند و عوامل زیرحوضه­ها و بازه­ها با دخالت عامل مهم زمان تاخیر در تشدید یا تضعیف نقطه اوج دبی خروجی با حذف اثر هم­زمانی شرکت می­کنند.

شکل (5) نمودار آنالیز حساسیت زیرحوضه­ها به تغییر شیب

شکل (6) نمودار آنالیز حساسیت زیرحوضه ها به تغییر شیب

با تغییر شیب از کم به زیاد 3 اثر متفاوت در دبی اوج خروجی حوضه مشاهده می­شود:

1) افزایش شیب در زیرحوضه­های S2,S4,S5,S7,S10,S12,S13,S15,S16,S17,S21,S22,S24 در افزایش دبی اوج خروجی تأثیر مستقیم داشته و منجر به افزایش آن شده است (شکل 5).

2) افزایش شیب در زیرحوضه­های S1,S6,S9,S11,S14,S18,S23,S19,S20 در افزایش دبی اوج خروجی تأثیر معکوس داشته است و منجر به کاهش آن شده است.

3) تغییرات شیب در زیرحوضه­های S1,S3,S4,S9,S23 منجر به تغییرات ناچیزی در دبی اوج خروجی شده است. تغییرات شیب در زیرحوضه S3 در افزایش و یا کاهش دبی اوج خروجی تقریباً بی تأثیر بوده است.

دررابطه با مساحت حوضه می­توان گفت گرچه در برخی منابع به رابطه مستقیم مساحت حوضه با دبی سیلاب تأکید شده و از آن به­عنوان مهم­ترین عامل فیزیوگرافی که تعیین­کننده اوج سیلاب است یاد شده است اما شدت افزایش دبی سیلاب معادل شدت افزایش مساحت نیست زیرا هر چه سطح حوضه بیشتر شود، اولاً وقوع بارش­های شدید روی تمامی حوضه را در برنمی­گیرد و ثانیاً در حوضه­های بزرگ­تر در اثر روندیابی  اوج سیلاب کاهش می­یابد .می­توان گفت با افزایش سطح حوضه اهمیت نسبی ذخیره آبراهه­ای بیشتر می­شود.

با توجه به نـمودار تحلیل حساسیت مشخص شد حوضه­های S12-S13-S5-S10 نسبت به تغییر مساحت حساسیت بیشتری دارند ولی همین­طور که مشخص است اگر چنانچه اثر سطح در دبی اوج سیلاب مطلق بود باید حساسیت زیرحوضه S15 با مساحت بیشتر نسبت به سایر زیرحوضه­ها بیشتر باشد در حالی که وضعیت این زیرحوضه در تحلیل حساسیت مساحت معکوس بوده است.

ترتیب حساسیت زیرحوضه­ها از زیاد به کم به شکل زیر است:

S13-S5-S11-S12-S24-S10-S7-S21-S22-S16-S17-S15-S23-S14-S2-S4-S18-S6-S19-S20-S9-S8-S1-S3

درحالی که ترتیب مساحت حوضه­ها از بزرگ به کوچک به این ترتیب است:

S15-S12-S13-S6-S5-S3-S2-S14-S4-S19-S18-S20-S24-S8-S10-S9-S7-S11-S21S17-S22-S1-S23-S16

شکل (7) نمودار آنالیز حساسیت زیرحوضه­ها به تغییر مساحت

با تغییر عامل CN مشخص شد زیرحوضه­ها با افزایش CN یا کاهش آن به شکل یکسان درهیدروگراف سیل خروجی حوضه مشارکت نداشته­اند. هر دو عامل CN و شیب در زمان تأخیر زیرحوضه شرکت دارند و هر تغییری در آنها روی سیلاب زیرحوضه تأثیر می­گذارد که نتیجه کلی آن در ترکیب هیدروگراف سیل زیرحوضه­ها با هیدروگراف سیلاب بالادست در محل اتصالات متفاوت خواهد بود. 

شکل (8) نمودار آنالیز حساسیت به تغییر CN

شکل (9) نمودار آنالیز حساسیت به تغییر CN

در کل با تغییر CN از کم به زیاد 3 اثر متفاوت در دبی اوج خروجی حوضه مشاهده می­شود:

1) افزایش CN در زیرحوضه­های S13-S5-S11-S12-S10-S15-S6 در افزایش دبی اوج خروجی تأثیر مستقیم داشته است و منجر به افزایش آن شده است. (شکل 8)

2) افزایش CN در زیرحوضه­های S3-S1-S8-S9-S20-S19-S8-S4 در افزایش دبی اوج خروجی تأثیر معکوس داشته است و منجر به کاهش آن شده است. (شکل 9)

3) تغییرات CN در زیرحوضه­های S2-S18-S4-S14-S23-S3-S1-S8-S9-S20 منجر به تغییرات ناچیزی در دبی اوج خروجی شده است.

با اجرای حذف انفرادی زیرحوضه­ها ترتیب تأثیر حذف آنها از بیشترین تأثیر روی دبی اوج خروجی تا کمترین تأثیر به­ترتیب زیر بوده است:

S13- S15- S12-S5-S11-S10-S24-S7-S21-S22-S16-S17 -S23-S14-S2-S4-S18-S6-S19-S20-S9-S8-S1-S3

در حالی که ترتیب حوضه­ها از نظر میزان دبی اوج به شکل زیر بوده است:

S13-S5-S11-S12-S24-S10-S7-S21-S22-S16-S17-S15-S23-S14-S2-S4-S18-S6-S19-S20-S9-S8-S1-S3

 بدین ترتیب مشخص می­شود حذف زیرحوضه S13 بیشترین اثر کاهشی و زیرحوضه S3 کمترین اثر کاهشی روی دبی اوج خروجی حوضه دارد. همین­طور نحوه مشارکت زیرحوضه­ها در سیل خروجی لزوماً متناسب با دبی اوج زیرحوضه­ها نبوده و زیرحوضه­های با دبی اوج بیشتر ضرورتاً تأثیر بیشتری در سیل خروجی حوضه ندارند. بنابر این عوامل روندیابی آبراهه­ها و موقعیت مکانی زیرحوضه­ها می­توانند باعث تغییر در نحوه مشارکت گردند.

شکل (10) تحلیل حساسیت حوضه به حذف انفرادی زیرحوضه­ها

نتیجه­گیری

در حوضه زرچشمه، زیرحوضه­های با شکل غیر کشیده، هیدروگراف نوک تیز داشته و در زمان کوتاه­تری به دبی اوج رسیده­اند، و دبی سیلابی آنها در واحد سطح زیاد بوده­است .­قله هیدروگراف سیل در حوضه­های کشیده، پهن­تر از سایر زیرحوضه­هاست. دبی سیلابی در واحد سطح آنها کمتر از سایر زیرحوضه­ها بوده و زمان رسیدن به اوج آنها طولانی بوده است.

با به­کارگیری روش حذف انفرادی زیرحوضه­ها و لحاظ کردن اثرات روندیابی در بازه­ها نحوه مشارکت زیرحوضه­ها در سیلاب خروجی حوضه مشخص شد .به این شکل نحوه مشارکت زیر­حوضه­ها متناسب با دبی سیلابی زیر حوضه­ها نبوده، و سیل­خیزی بیشتر یک زیرحوضه به معنای مشارکت فعال آن در کل حوضه نیست. بلکه موقعیت مکانی و زمان رسیدن هر موج سیل به عوامل اتصال مهم است. همچنین مشخص گردید، زیر حوضه S13 بیشترین سهم و زیرحوضه S3 کمترین سهم را دارا بودند.

در آنالیز حساسیت سه متغیر مساحت­، شیب و CN انتخاب شده و در گستره منطقی خود در زیرحوضه­ها تغییر داده شدند تا اثرات آن­ها بر سیل خروجی حوضه مشخص شود .تغییر مساحت در زیرحوضه­ها به شکل مستقیم بر سیلاب حوضه تاثیر گذار بوده، ولی میزان حساسیت زیر­حوضه­ها یکسان نبوده است. همچنین حوضه­ها با مساحت بیشتر الزاماً نسبت به تغییر مساحت حساس­­تر نبودند، که حساسیت بیشتر زیرحوضه S13 با مساحتی کمتر از نسبت به زیرحوضه­های S15,S12 شاهد این مدعاست.

آنالیز حساسیت دو عامل شیب و CN نشان داد، تغییرات آنها در دامنه خود در سطح زیر­حوضه­ها اثرات یکسان به­بار نیاورده است و افزایش شیب یا  CNبه­طورمطلق به افزایش دبی سیلابی حوضه منجر  نشده است. بلکه در تعدادی از زیرحوضه­ها تأثیر معکوس بر روند سیل داشته و آن را کاهش داده است. حتی در بعضی زیر­حوضه­ها این اثرات ناچیز بوده و می­توان از آن صرف­نظر کرد. علت آن را تغییر در زمان تمرکز به هـمراه اعمال اثرات روندیابی آبراهه­ای باید عنوان نمود. چرا که نحوه ترتیب امواج سیل از طریق روند­یابی بازه­های تحت تأثیر تغییر زمان تمرکز، تغییر یافته است .

این نکته نشان می­دهد، هر گونه عملیات آبخیزداری برای کنترل پوشش گیاهی و تغییر شیب در زیرحوضه­ها با اثر معکوس باید با احتیاط و مطالعه کافی صورت گیرد.

بنابر این می­توان پیشنهادات زیر را  ارائه داد:

-­ با توجه به ترتیب مشارکت زیرحوضه­ها در سیل حوضه، اقدامات کنترل سیلاب در زیرحوضه S13-S5-S11-S12-S24-S10- که مشارکت فعال در دبی سیلابی حوضه دارند در اولویت قرار گیرند.

- در زیرحوضه­های S1,S2,S10,S13 که کاهش شیب به­طور مستقیم سیلاب حوضه را کاهش می­دهد می­توان با احداث پشته­های کوتاه، از سرعت آب کاست و فرصت بیشتری به آب داد تا در زمین نفوذ کند. برای احداث پشته­ها می­توان از سنگ و قلوه سنگ که به وفور در حوضه یافت می­شود استفاده کرد که هزینه­ها را هم کاهش می­دهد.

- در زیرحوضه­هایی که کاهش CN سهم مشارکتی حوضه را کاهش می­دهد، می­توان با افزایش پوشش گیاهی و مراتع، ضریب CN را کاهش داد­.

- برای جلوگیری از تشدید فرسایش خاک آموزش­های لازم از قبیل اجرای عملیات صحیح شخم­زنی در امتداد خطوط تراز، ازدیاد پوشش گیاهی­، امتناع از آتش­سوزی و بوته­کنی و جلوگیری از چرای بی­رویه به کشاورزان و دامداران داده شود.

- در مکان­هایی که فرسایش خندقی به­وجود آمده است، می­توان آن­ها را با کشت گیاهان یا احداث بند یا ترکیب آنها کنترل نمود .گیاهان باید از گونه­ای انتخاب شوند که کاملاً متراکم باشند، تا جلوی سرعت و انرژی آب را بگیرند.

- به­کارگیری تراس بندی و ایجاد سکو در زیر­حوضه­ها از راه­های کاهش سیلاب است، ولی در به­کار­گیری آن در زیر­حوضه­ها حتماً حساسیت زیر­حوضه به تغییر شیب در نظر گرفته شود تا اثر معکوس بر سیلاب کل حوضه نداشته باشد.

- احداث بندهای خاکی و انحراف آب از شیوه­هایی است که با توجه به آن می­توان تأثیر رواناب در حوضه را کاهش داد. احداث این بندها در زیرحوضه­های بزرگ مثل S13-S5 پیشنهاد می­شود.