نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه ژئومورفولوژی، دانشگاه تبریز

2 دانشجوی دکتری تخصصی ژئومورفولوژی، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز

10.22034/gp.2022.10788

چکیده

اولویت بندی زیر حوضه‌ها از نظر پتانسیل سیل خیزی تأثیر مهمی در مدیریت حوضه آبریز دارد. هدف از اولویت بندی سیل خیزی در زیر حوضه‌ها ارائه الگویی برای کنترل و کاهش خطرات سیل و ارزیابی نقش هر یک از زیر حوضه‌ها در دبی اوج هیدروگراف سیلاب خروجی از حوضه می‌باشد. در این پژوهش پتانسیل سیل خیزی زیر حوضه‌های رودخانه زاب بر اساس پارامترهای 12 گانه مورفومتری ، اولویت بندی زیر حوضه‌های آبریز زاب بر اساس روش ترکیبی آنالیز مورفومتریک و همبستگی آماری انجام شد. در ابتدا مقادیر 12 پارامتر مورفومتری و شاخص (Cv) محاسبه شده است. سپس ارتباط بین پارامترهای مورفومتریک و تعیین وزن تأثیر هر یک از آنها با استفاده از تای کندال و آنالیز مجموع وزنی (WSA) تحلیل شد. در نهایت شاخص اولویت بندی زیر حوضه‌های آبریز (SWPI) بر اساس روش ترکیب خطی وزنی (WLS) برای هر یک از زیر حوضه ها محاسبه شد. به منظور اعتبار سنجی نتایج از داده های موقعیت سیل های مخرب گذشته در حوضه آبریز زاب استفاده گردید. نتایج نشان داد که در روش پتانسیل سیل خیزی که بر اساس 12 پارامتر مورفومتری محاسبه شده زیر حوضه‌های شین آباد و صوفیان دارای پتانسیل زیاد سیل خیزی، زیر حوضه زاب کوچک دارای پتانسیل متوسط و زیر حوضه‌های کوپر و لاوین چای دارای پتانسیل کمی برای سیل خیزی می‌باشند. در واقع 83/33% مساحت حوضه زاب دارای پتانسیل خطر زیاد، 28/14% دارای پتانسیل خطر متوسط و 88/51% دارای پتانسیل خطر کم می‌باشد. نتایج حاصل از پارامترهای مورفومتری و همبستگی آماری نشان داد به ترتیب زیر حوضه‌های شین آباد و صوفیان با مقادیر 67/24 و 46/23 اولویتدارترین زیر حوضه‌ها شناسایی شدند. مقایسه نتایج دو روش با شرایط مورفومتری و ژئومورفولوژی زیر حوضه‌ها نشان می‌دهد نتایجی که با تکیه بر 12 پارامتر مورفومتری حاصل شده است تطبیق بیشتری با شرایط ژئومورفیک حوضه دارد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of flood potential under basins based on morphometric parameters and correlation test (Case: Zab catchment to Mirabad)

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Rajabi 1
  • Shahram Roostaei 1
  • Mohsen Barzkar 2

1 Professor, Department of Geomorphology, University of Tabriz

2 PhD student in Geomorphology, Faculty of Planning and Environmental Sciences, University of Tabriz

چکیده [English]

Introduction
The concept of morphometry involves the measurement and numerical analysis of land surface, shape, dimensions and form of land. In relation to flooding, watershed morphometry includes quantitative indicators describing watershed physical characteristics that control the pattern and quantitative characteristics of floods such as amount, time of occurrence, delay time, and flow hydrograph. Unusual development of cities due to population growth and consequent land use change has caused disruption of hydrological balance and increased flooding of basins. The purpose of this study was to prioritize the sub-catchments of Zab River based on a novel combination of morphometric analysis and statistical correlation and zoning of flood potential under sub-catchments.


Data and Method
to disregard for human and social sub-basins, which has a great impact on the hydrological processes of the catchment. Based on the validation results, the Shinabad and Sufian basins have the highest priority, and the new method of morphometric analysis and statistical correlation have considered them the highest priority for managers' attention.
The elongation ratio helps to understand the hydrological characteristics of the drainage basin and ranges from 1 for circular basins to 0 for extended basins and its high values ​​indicate the shape of the basin circle, high peak discharge and high flood potential. Is. The values ​​of tensile strength in all sub basins are more than 0.5 and indicate high potential for flooding. Straller (1964) considers the circle ratio a quantitative measure for visualizing the shape of the basin. High values ​​of this parameter indicate circular shape, high to medium ruggedness and low permeability in the basin, which causes peak discharge in less time. The ratio of the circular ratios under the Lavin Tea Basins is 0.17, Copar 0.19, and Zab Small 0.27, indicating relatively low flooding potential in this parameter. The amount of this parameter is 0.35 under Shinabad basin and 0.31 under Sufian basin which indicates their higher flood potential in this parameter (Table 7). The branching ratio is an important parameter affecting peak runoff hydrograph discharge with high values ​​indicating high instantaneous discharge and flood event. The mountainous and steep areas have a split ratio of 3 to 4. Branching ratio values ​​indicate low flooding potential except for Shinabad basin which shows this ratio of 6.19 and this ratio indicates high flood potential
 
Results and Discussion
Since hydrological units are based on morphometric parameters to prioritize flood mapping, firstly, using channel networks and elevation curves, topographic maps of 1: 50000 and digital elevation data are analyzed. The boundaries of the hydrological units became. Then, because the catchment morphological parameters have different effects on soil erosion processes and runoff formation, prioritization of the sub-basins was done in a new way based on the difference of morphological parameters and statistical correlation analysis between them. Morphometric parameters were calculated for all sub-basins in GIS software. Then, statistical correlation of morphometric parameters was performed based on the t-Kendall method using SPSS software. Based on the correlation matrix we can analyze the relationship between the parameters and define the relative weight for each parameter without
All twelve variables including circular elongation ratio, branching ratio, flow frequency, drainage density, drainage texture, compaction index, shape factor, mean slope, roughness ratio, roughness, and roughness number for all sub-basins are calculated in Table 2. The Kendall correlation coefficient was used to investigate the relationship between
Validation results showed that the new method of morphometric analysis and statistical correlation did not perform well in prioritizing all sub-basins, but this method was accurate in identifying the most priority sub-basins (most acute conditions). The reason for this may be due to the lower performance of morphometric analysis and the characterization of waterways in low-slope catchments. Also, the precise reason for not estimating the priority of some sub-basins is due.


Conclusion
The selected twelve parameters are directly related to runoff and flood potential. Therefore, high values ​​of parameters have a direct relationship with runoff and flood potential due to their greater impact on the selected twelve parameters. Indicator (Cv) values ​​for each sub-basin are obtained from averaging of 12 indices and accordingly sub-basins of Shinabad and Sufis with high flood potential, sub-basin with small potential and sub-basin zab basin. Copar and Lavin Tea have
physiographic and morphometric characteristics of the sub-catchments have a great influence on flooding and hydrological behavior, it is possible to study the status and potential of flooding below the catchments. In this research, in order to potential of flooding, firstly, Zab sub-basins were prioritized based on the new method of morphometric analysis and statistical correlation. Based on this method, the results showed that the Shin abad and Sufi basins are the top priority for the implementation of management measures to ensure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood
  • Morphometry
  • Correlation
  • Zab river
  • پروین، منصور (1398)، ارزیابی پتانسیل سیل خیزی با استفاده از تحلیل پارامترهای مورفومتریک مطالعه موردی: حوضه سرپل زهاب، پژوهش­های دانش زمین، سال دهم، شماره 39، پاییز 1398، صص 190- 174.
  • رحمتی ، امید، طهماسبی پور، ناصر، پور قاسمی، حمید رضا (1394)، اولویت بندی سیل خیزی بر اساس آنالیز مورفومتریک و همبستگی آماری مطالعه موردی: زیر حوضه­های آبریز استان گلستان، مجله اکو هیدرولوژی، دوره 2، شماره 2، تابستان 1394، صص 161 –
  • زهتابیان، غلامرضا، قدوسی، جمال، احمدی، حسن، خلیلی زاده، مجتبی (1388)، بررسی اولویت پتانسیل سیل خیزی زیر حوضه­های آبریز و تعیین مناطق مولد سیل در آن (مطالعه موردی: حوضه آبریز مارمه استان فارس)، فصلنامه جغرافیای طبیعی، شماره 6: 38 –
  • شیرانی، کورش، چاوشی، ستار (1396)، پهنه بندی سیل خیزی حوضه با تأکید بر تحلیل‌های کمی ژئومورفومتریک مطالعه موردی: حوضه آبریز زهره جراحی، نشریه علوم آب و خاک، سال بیست و دو / شماره چهارم / زمستان
  • محمدی، علی اصغر، احمدی، حسن (1390)، اولویت بندی زیر حوضه­ها جهت ارائه برنامه­های احیایی آبریزداری (مطالعه موردی: حوضه آبریز معروف)، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، شماره 29: 77 –
  • نیری، هادی، سالاری، ممند، میرزا مرادی، اسرین (1395)، پتانسیل سیل خیزی حوضه­های آبریز استان کردستان با به کارگیری شاخص­های مورفومتری و تحلیل­های آماری، مجله پژوهش­های کمی، شماره 1، صص 190 -181.
  • Aher, P., Adinarayana, J., and Gorantiwar, S.D., 2014, Quantification of morphometric characterization and prioritization for management planning in semi-arid tropics of India: A remote sensing and GIS approach. Journal of Hydrology, vol 511, pp. 850-860.
  • Abuzied, S.M. and Mansour, B.M., 2018. Geospatial hazard modeling for the delineation of flash flood-prone zones in Wadi Dahab basin, Egypt, Journal of Hydroinformatics, v. 21(1), p. 180-206.
  • Angillieri, M.Y.E., 2008. Morphometric analysis of Colangüil river basin and flash flood hazard, San Juan, Argentina. Environmental geology, v. 55(1), p. 107-111.
  • Altaf, S., Meraj, G. and Romshoo, S.A., 2014. Morphometry and land cover based multi-criteria analysis for assessing the soil erosion susceptibility of the western Himalayan watershed, Environmental monitoring and assessment, v. 186(12), p. 8391-8412.
  • Bapalu, G.V. and Sinha, R., 2005. GIS in flood hazard mapping: A case study of Kosi River Basin, India, GIS Development Weekly, v. 1(13), p. 1-3.
  • Bhatt, S. and Ahmed, S.A., 2014. Morphometric analysis to determine floods in the Upper Krishna basin using Cartosat DEM, Geocarto International, v. 29(8), p. 878-894.
  • Bajabaa, S., Masoud, M. and Al-Amri, N., 2014. Flash flood hazard mapping based on quantitative hydrology, geomorphology and GIS techniques (case study of Wadi Al Lith, Saudi Arabia). Arabian Journal of Geosciences, v. 7(6), p. 2469-2481.
  • Chowdary, V.M., Chakraborthy, D., Jeyaram, A., Krishna Murthy, Y.V.N., Sharma, J.R., Dadhwal, V.K., 2013, Multi-Criteria Decision Making Approach for Watershed Prioritization Using Analytic Hierarchy Process Technique and GIS. Water Resource Management, vol 27, pp. 3555-3571.
  • Chorley, R.J., Malm, D.E.G. and Pogorzelski, H.A., 1957. A new standard for estimating basin shape, American Journal of Science, v. 255, p. 138-141.
  • Horton, R.E., 1945. Erosional development of streams and their drainage basins; hydrophysical approach to quantitative morphology, Geological society of America bulletin, v. 56(3), p. 275-370.
  • Kumar, R., Kumar, S., Lohani, A.K., Nema, R.K. and Singh, R.D., 2015. Evaluation of geomorphological characteristics of a catchment using GIS, GIs India, v. 9(3), p. 13-17.
  • Lykoudi, E. and Zanis, D., 2004. The influence of drainage network formation and characteristics over a catchment’s sediment yield, In: Proceedings of second international conference on fluvial hydraulics-river flow, University of Napoli-Federico II, Naples, p. 793-800.
  • Ozdemir, H. and Bird, D., 2009. Evaluation of morphometric parameters of drainage networks derived from topographic maps and DEM in point floods, Environmental Geology, v. 56, p. 1405-1415.
  • Patton, P.C. and Baker, V.R., 1976. Morphometry and floods in small drainage basins subject to diverse hydrogeomorphic controls, Water Resources Research, v. 12, p. 941-952.
  • Pallard, B., Castellarin, A. and Montanar, A., 2009. A look at the links between drainage density and flood statistics, Hydrology and Earth System Sciences, v. 13, p. 1019-1029.
  • Rai, P.K., Chandel, R.S., Mishra, V.N. and Singh, P., 2018. Hydrological inferences through morphometric analysis of lower Kosi river basin of India for water resource management based on remote sensing data, Applied Water Science, v. 8(1), p.171-152.
  • Strahler, A. N. 1964. Quantitative geomorphology of drainage basins and channel networks. PP. 4-11. In: Chow, T. (Ed.), Handbook of Applied Hydrology. McGraw Hill Book Company, New York.
  • Samson, S.A., Eludoyin, A.O., Ogbole, J., Alaga, A.T., Oloko-Oba, M., Okeke, U.H. and Popoola, O.S., 2016. Drainage Basin Morphometric Analysis for Flood Potential Mapping in Owu Using Geospatial Techniques, Journal of Geography, Environment and Earth Science International, v. 4(3), p. 1-8.
  • Smith, K.G., 1958. Standards for grading texture of erosional topography, American Journal of Science, v. 248(9), p. 655-668.
  • Singh, S. and Singh, M.C., 1997. Morphometric analysis of Kanhar river basin, National Geographic J India, v. 43(1), p. 31-43.
  • Wentz, E.A., 2000. A shape definition for geographic applications based on edge, elongation and perforation, Geographical Analysis, v. 32(2), p. 95-112.