پهنه‌بندی خطرسیلاب با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز گرگانرود(

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه جغرافیا، دانشگاه گلستان، گرگان.

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مخاطرات محیطی، دانشگاه گلستان، گرگان.

10.22034/gmpj.2021.309363.1307

چکیده

هدف از این پژوهش، ارزیابی و پهنه‌بندی محدوده‌های سیل‌خیز در حوضه گرگانرود است. بدین منظور معیارهایی همچون شیب، جهت شیب، ارتفاع، زمین‌شناسی، بارندگی، فاصله از آبراهه و رودخانه، فاصله از راه‌ها، فاصله از مناطق مسکونی، تراکم زهکشی، شاخص NDVI (تراکم پوشش گیاهی) و ضریب رواناب (شامل کاربری اراضی، بافت خاک، گروه هبدرولوژیک خاک، شماره منحنی، نگهداشت سطحی و ارتفاع رواناب سالانه) انتخاب گردید. از سیستم اطلاعات مکانی و تصاویر ماهواره‌ای برای تولید لایه‌های معیارها استفاده شد. سپس با اتکا به نظرهای کارشناسی و شناخت منطقه، وزن‌دهی نهایی لایه‌ها به روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی به وسیله نرم‌افزارExpert choice انجام گردید و نقشه پهنه‌بندی سیلاب در محدوده حوضه آبخیز گرگانرود ارائه شد. در نهایت نقشه پهنه‌بندی نهایی با همپوشانی نقشه‌های وزندهی شده برای هر معیار در سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. بررسی و تحلیل نهایی نقشه به دست آمده بیانگر آن است که نواحی شمال و شمال غرب دارای بیشترین ظرفیت در برابر خطر سیل هستند. همچنین نتایج نشان داد که از کل مساحت منطقه، 19.97 درصد دارای وضعیت با خطر خیلی زیاد، 19.98 درصد دارای وضعیت با خطر زیاد، 19.98 درصد دارای وضعیت با خطر متوسط، 20.07 درصد دارای وضعیت با خطر کم، 20 درصد دارای وضعیت خطر خیلی کم در برابر سیل قرار دارند. در این پژوهش، از بین عوامل طبیعی موثر بر وقوع سیلاب، عامل بارش بیشترین تاثیر را در وقوع سیلاب در حوضه آبریز مورد مطالعه دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Zoning Flood hazard using GIS (Case study: Gorganrood Watershed)

نویسندگان [English]

  • saleh arekhi 1
  • Hadyse Yari Baghi 2
  • Somia Emadaddian 1
1 golestan university
2 golestan university
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
Among the types of environmental hazards, flood is one of the most destructive natural disasters that causes a lot of damage (Yousef et al., 2011). Floods are a common natural disaster in Iran after an earthquake that endangers human life. Every year, terrible floods occur in the northern cities of Iran, such as the provinces of Mazandaran, Gilan and Golestan. Due to the occurrence of these floods, the places with the highest potential for floods (sensitive areas) should be identified before planning by flood sensitivity maps (Bobek et al., 2012) to the loss of life and property (Kurgalas and Karatazas, 2015). In case of excessive rainfall, especially in the form of showers due to the uneven conditions and vegetation of the region, most of it becomes runoff and after a short time flows as a flood and causes a lot of damage. The increasing trend of floods in recent years indicates that most parts of the country are exposed to periodic and destructive floods and the extent of flood damage and loss of life and property has increased, which is one of the reasons for the frequent recurrence of this phenomenon in the result is a disturbance of the hydrological and ecological balance (Miller et al., 1990) such as urbanization (along rivers), climate change (Tehrani et al., A 2015; Kjildson, 2010) and deforestation (Branastirt, 2003).

Methodology
The research method is applied based on the purpose and descriptive and analytical in nature. The method of data collection is based on library, field, spatial data of the study area and questionnaires. First, the study area is determined and the identification of the basin and the status of the factors are considered. In flood zoning, many factors must be considered, each of which is of varying degrees of importance, but due to the limitations that existed in the preparation of some layers and the limitations due to their length. There is a model process, the use of multiple layers of information causes excessive complexity of the model, cost and long time in model analysis and processing (Mousavi et al., 2016). Therefore, according to these limitations and previous experiences, the factors that have had the greatest impact on the occurrence of floods in the Gorganrood basin and are more in line with our models have been selected. In this study, 11 effective parameters in flood zoning including slope, slope direction, altitude, geology, rainfall, distance from waterway and river, distance from roads, distance from residential areas, drainage density, NDVI index (cover density) and runoff coefficient (including land use, soil texture, soil hydrological group, curve number, surface maintenance and annual runoff height) were prepared and classified. After identifying the effective layers, the steps of the research method are as follows:

Results and Discussion
Table 14 also shows the area of each flood susceptibility class. As it is known, 40% of Gorganrood basin per hectare has a very high and high sensitivity and as about 41% of the basin has a low and very low sensitivity to floods. Therefore, the results indicate a high risk of flooding in the Gorganrood watershed.

Conclusion
The results of this study with the results of Amir Ahmadi et al. (2011) in the city of Neishabour who concluded that among these effective factors in floods, the distance from the river and thewater way has the highest weight and impact and also the study of Sheikh et al. (2015) in Malaysia, agree that soil type has the least impact on floods. According to the final map, the high-risk areas are mainly located in the flat and sloping areas located in the north and northwest of the study area, and the closer we get to the steep and mountainous areas, the greater the flood potential in the basin is reduced.
Although slope is one of the most important factors in the occurrence of floods, it has the lowest weight in this study; This is because this research focuses on flood damage, not the factors that contribute to the flood itself. In other words, although the slope plays a role in causing floods, but the most damage has occurred in low-slope areas, because in these areas the water velocity decreases and flood accumulation occurs, and this is the case with the areas with the most damage due to the flood observed in it, it is coordinated. Also, Fernández and Lutz (2010) consider flood slope and poor maintenance of drainage canals as the most important causes of floods by preparing a flood risk map in two cities of Argentina. Other researchers have also considered other parameters important in the occurrence of floods, including Sani (2008) by examining the factors affecting the occurrence of floods in rivers in Nigeria and concluded that the annual rainfall has the highest weight and land cover the lowest weight and they have an impact on the occurrence of floods. Morley et al. (2012) examined the flood potential of the Arno River in Italy and concluded that urban development areas are more vulnerable to flooding.
The results of the final flood risk map in Gorganrood basin show the fact that 19.97% of the basin has a very high risk situation, 19.98% has a high risk situation, 19.98% has a medium risk situation, 20.07% has a low risk situation, 20% have a very low risk of flooding. Therefore, the results indicate the high capacity of the basin in terms of flood risk, so there are many areas with high and high risk, which need protection and watershed management measures (such as: prevention of soil erosion and destruction, reducing water sediment load, reducing the speed and intensity of runoff flow, increasing flood concentration time, creating opportunities for water infiltration in the lower layers of the basin and feeding the aquifers, planting plants suitable for the geographical conditions of the slopes and rehabilitating rangelands and creating green spaces in the basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood Zoning
  • GIS
  • Hierarchical Analysis Process
  • Gorganrood watershed
  • آبیل، ابوالفضل.، طاووسی، تقی، و خسروی، محمود.، 1398. تحلیل مناطق بالقوه در معرض مخاطره سیلاب شهری (مطالعه موردی: شهر زاهدان)، فصلنامه جغرافیا و توسعه. سال 17. شماره 54، صص 91-106.
  • اصغری­مقدم، محمد رضا.، 1378. جغرافیای طبیعی شهر (هیدرولوژی و سیل خیزی شهر)، چاپ اول، انتشارات مسعی. تهران. 304 ص.
  • امیراحمدی، ابوالقاسم.، بهنیافر، ابوالفضل، و ابراهیمی مجید.، 1391. ریز پهنه­بندی خطر سیلاب در محدوده شهر سبزوار در راستای توسعه پایدار شهری. فصلنامه آمایش محیط. 16: .17-32.
  • انتظاری، مژگان.، جلیلیان، طاهره، و درویشی خاتونی، جواد.،  1398. پهنه­بندی نقشه حساسیت سیل­گیری با استفاده از ارزیابی کارایی روشهای نسبت فراوانی و وزن شواهد (مطالعۀ موردی: استان کرمانشاه). نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال ششم، شمار ه 4، صفحات 143 – 162.
  • ایمانی، بهرام.، و پورخسروانی، محسن.، 1396. تحلیل فضایی پهنه­های مخاطره­آمیز شهرستان اردبیل. نشریه جغرافیا و برنامه ریزی، سال 28، شماره 2، صص 109-128.
  • بهنیافر، ابوالفضل.، قنبرزاده، هادی.، پاد، سکینه، و اسدی، مجتبی.، 1395. پهنه­بندی مناطق حساس ریسک سیل­گیری با استفاده از مدل تحلیل سلسله مراتبی AHP با تأکید بر ژئومورفولوژی شهری، مطالعه موردی: آبخیز شهر شاندیز. چهارمین کنفرانس ملی توسعه پایدار در علوم جغرافیا و برنامه­ریزی، معماری و شهرسازی.
  • جعفری، غح.، 1389. تأثیر جهت شیب سطوح ارضی بر شدت خشکی ایران (مطالعه موردی اقلید). صفحه­های 1 تا 8 . مجموعه مقالات چهارمین کنگره بین المللی جغرافیدانان جهان اسلام، زاهدان.
  • خسروی، خه­بات.، معروفی­نیا، ادریس.، نوحانی، ابراهیم، و چپی، کامران.، 1395. ارزیابی کارایی مدل رگرسیون لجستیک  در تهیه نقشه حساسیت به وقوع سیل. مرتع و آبخیزداری، 69 (4): 863-876.
  • داودی، محمود.، بای، ناصر، و ابراهیمی، امید.، 1393. طبقه­بندی اقلیمی استان مازندران بر اساس روش لیتین­اسکی، مجله سپهر، 22 ( 88) 100 – 105.
  • رکن­الدین افتخاری، عبدالرضا.، صادقلو، طاهره.، احمدآبادی، علی، و سجاسی قیداری، حمدالله.، 1388. ارزیابی پهنه‌بندی روستاهای در معرض خطر سیلاب با استفاده از مدل HEC-GeoRAS در محیط GIS مطالعه موردی: روستاهای حوضه گرگانرود فصلنامه توسعه روستایی. شماره 1. 157-182.
  • فتوحی، صمد.، کیانی، سجاد.، 1394. ریز پهنه بندی ریسک سیلاب شهری با استفاده از مدل فرایند تحلیل سلسلمراتبی (مطالعه موردی: شهر نهاوند). دوره 8، شماره 29،133 -152.
  • زارع، جمال.، 1371. علل و عوامل سیلاب و آبگرفتگی در مناطق شهری ایران و راههای پیشگیری از آن. اولین کنفرانس بین­المللی بلایای طبیعی در مناطق شهری، تهران. 16-32 تیرماه.
  • زبردست، اسفندیار.، 1380. کاربرد فرآیند تحلیل سلسله­مراتبی در برنامه­ریزی شهری و منطقه­ای. هنرهای زیبا، شماره 10، 13 - 21 .
  • شیخی، حجت.، 1395. تحلیل توا­نهای محیطی برای توسعه شهری، مطالعه موردی: شهر ایلام. پژوهشهای جغرافیای انسانی، دوره 50 ، شماره 1، صص 144 - 127 .
  • طیبی، فریال.، 1384. تحلیل توان سیل­خیزی با تأکید بر ویژگیهای ژئومورفولوژیک با استفاده از GIS و مدلهای مفهومی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز ششتمد)، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم سبزوار.
  • قتوانی، عزت­اله.، صفاری، امیر.، بهشتی­جاوید، ابراهیم، و  منصوریان، اسماعیل.، 1393. پهنه­بندی پتانسیل سیل­خیزی با استفاده از تلفیق مدل هیدرولوژیکی CN و AHP در محیط GIS مطالعه موردی: حوضه رودخانه بالخلو. فصل­نامه جغرافیایی چشم­انداز زاگرس، دوره7، شماره 25، 67-80.
  • کردوانی، پرویز.، قادری، حیدر، و قادری، آرزو.، 1388. تحلیل منطقه­ای سیلابهای لرستان، فصلنامه جغرافیای. طبیعی، سال دوم، شماره 5 ، صص 1-18.
  • گنجی، م.، 1367. جغرافیا در ایران از دارالفنون تا انقلاب اسلامی، چاپ اول، مؤسسه چاپ و انتشارات آستان قدس رضوی، مشهد.
  • مطوف، شریف.، مهدی پور، هاله، و اصلانی، فرشته.، 1394. ارزیابی خطر سیل ناشی از عوامل انسانی با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) ( مورد: استان تهران). دو فصلنامه «پژوهشهای منظر شهر»، سال دوم، شماره 4. صص 69-80.
  • ملکیان، آرش.، افتادگان­خوزانی، اصغر، و عشورنژاد، غدیر،. 1391. پهنه­بندی پتانسیل سیل­خیزی حوضه آبخیز اخترآباد با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتب فازی. پژوهشهای جغرافیای طبیعی، 82: 131-152.
  • موسوی، سیده­معصومه.، نگهبان، سعید.، رخشانی­مقدم، حیدر، و حسین­زاده، سیدمحس.، 1395. ارزیابی و پهنه­بندی خطر سیل­خیزی با استفاده از منطق فازی Topsis در محیط RS ،  مطالعه موردی: حوضه آبخیز شهر باغ ملک. مجله مخاطرات محیط طبیعی، سال پنجم، شماره دهم، صص .98-79.
  • محمود­زاده، حسن، و باکویی، مائده.، 1397. پهنه­بندی سیلاب با استفاده از تحلیل فازی. مجله مخاطرات محیط طبیعی. دوره 7. شماره 18. 51-67.
  • یمانی، م.، پیرانی، پ.، مرادی­پور، ف.، شعبانی، ع، و گورابی، ا.، 1393. ارزیابی ژئومورفولوژیکی پتانسیل حرکات دامنه ­ای تاقدیس سیاه کوه، غرب ایران، برنامه­ریزی و آمایش فضا، دروه ۱۸، شماره 3، صص ۱۷۰-۱۴۷.
  • Allison, E.W., 1989. Monitoring drought affected vegetation with AVHRR Digest-International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 4:1965-1967.
  • Ballabio, C., & Sterlacchini, S., 2012. Support vector machines for landslide susceptibility mapping: the Staffora River Basin case study, Italy. Mathematical geosciences, 44(1), 47-70.
  • Bronstert, A., 2003. Floods and climate change: interactions and impacts. Risk Anal. 23, 545-5
  • Bubeck, P., Botzen, W., & Aerts, J., 2012. A review of risk perceptions and other factors that in fl uence fl ood mitigation behavior. Risk Anal. 32, 1481-1495.
  • Das, S., 2019. Geospatial mapping of flood susceptibility and hydro-geomorphic response to the floods in Ulhas basin, India. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 14, 60-74.
  • Elsheikh, R., Ouerghi, S., & Elhag, A., 2015. Flood Risk Map Based on GIS, and Multi Criteria Techniques (Case Study Terengganu Malaysia). Journal of Geographic Information System, 7: 348-357.
  • Feng, C.C., & Wang, Y.C., 2011. GIScience research challenges for emergency management in Southeast Asia. Nat Hazards, 59:5976
  • Fernández, D.S., & Lutz, M.A., 2010. Urban flood hazard zoning in Tucumán Province Argentina, using GIS and multicriteria decision analysis. Engineering Geology, 111: 90–98.
  • Generino, P.S., Sony, E.V., & Proceso, F., 2015. Modeling Flood Risk for an Urban CBD Using AHP and GIS. International Journal of Information and Education Technology, 5: 748-753.
  • Glasson, J., 1974. An introduction to regional planning: concepts, theory and practice. London.
  • Kassa, A., 1990. Drought risk monitoring for Sudan using NDVI, A Dissertation submitted to the University College London. 1982-1993.
  •  
  • Kazakis, N., Kougias, I., & Patsialis, T., 2015. Assessment of flood hazard areas at a regional scale using an index-based approach and Analytical Hierarchy Process: Application in Rhodope Evros region, Greece. Science of the Total Environment, 538, 555-563.
  • Khosravi, K., Nohani, E., Maroufinia, E., & Pourghasemi, H.R., 2016a. A GIS-based flood susceptibility assessment and its mapping in Iran: a comparison between frequency ratio and weights-of-evidence bivariate statistical models with multicriteria decision-making Natural Hazards, Vol. 83, pp. 947–987.
  • Khosravi, K., Pourghasemi, H.R., Chapi, K., & Bahri, M., 2016b. Flash flood susceptibility analysis and its mapping using different bivariate models in Iran: a comparison between Shannon’s entropy, statistical index, and weighting factor models. Environmental monitoring and assessment, doi:10.1007/s10661-016-5665-9.
  • Kjeldsen, TR., 2010. Modelling the impact of urbanization on flood frequency relationships in the UK. Hydrol Res 41:3914
  • Kluwer Cheng, C.H., 1997. Evaluating naval tactical systems by fuzzy AHP based on the grade value of membership function. European Journal of Operational Research, 96: 343–350. Academic Publishers.
  • Kourgialas, N.N., & Karatzas, G.P., 2011. Flood management and a GIS modelling method to assess flood hazard areasa case study. Hydrol. Sci. J. 56, 212
  • Maass, A., Hufschmidt, M.M., Dorfman, R.J.R., Thomas, H.A., Marglin, S.A. & Fair, G.M., 1962. Design of Water Resources Systems. Harvard University Press, Cambridge.
  • Miller, JR., Ritter, DF., & Kochel, RC., 1990. Morphometric assessment of lithologic controls on drainage basin evolution in the Crawford Upland, south-central Indiana. Am J Sci. 290:569-5
  • Morelli, S., Segoni, S., Manzo, G., Ermini, L., & Catani, F., 2012. Urban planning, flood risk and public policy: The case of the Arno River, Firenze, Italy. Applied Geography, 34: 205-218.
  • Nayak, T.R., & Jaiswal, R.K., 2003. Rainfall-Runoff Modelling Using Satellite Data and GIS for Bebas River in Madhya Pradesh, Journal of the Institution of Engineers, Vol. 84, pp. 4750.
  • Oguntunde, P.G., Friesen, J., van de Giesen, N., & Savenije, H.H.G., 2006. Hydroclimatology of the Volta River Basin in West Africa: Trends and variability from 1901 to 2002, Journal physics and chemistry of the Earth, 31: 1180-1188.
  • Oh, H.J., & Pradhan, B., 2011. Application of a neuro-fuzzy model to landslide- susceptibility mapping for shallow landslides in a tropical hilly area. Computer and Geoscience, 37, 12641
  • Qin, Q-m., Tang, H-m., & Chen, H.k., 2011. Zoning of highway flood-triggering environment for highway in Fuling District, 2011 International Conference on Photonics, 3Dimaging, and Visualization. International Society for Optics and Photonics, pp 820530820530820538.
  • Saaty, T.L., 1980. The Analytic Hierarchy Process, New York: McGraw Hill.
  • Sani, Y., 2008. Multicriteria Analysis for Flood Vulnerable Areas in Hadejia-Jama’are River Basin, ASPRS 2008 Annual Conference. Portland, Oregon. April 28 - May 2.
  • Samanta, S., Pal, D.K., & Palsamanta, B., 2018. Flood susceptibility analysis through remote sensing, GIS and frequency ratio model. Applied Water Science, 8(2), 66.
  • Singh, V.P., 1996. Hydrology of disasters, Water science and Technology library Vol. 24.
  • Taylor, J., Davies, M., Clifton, D., Ridley, I., & Biddulph, P., 2011. Flood management: prediction of microbial contamination in large- scale floods in urban environments. Environ Int 37:1019-
  • Tehrany, M.S., Pradhan, B., & Jebur, M.N., 2014a. Flood susceptibility mapping using a novel ensemble weights-of-evidence and support vector machine models in GIS. J. Hydrol. 512:332
  • Tehrany, M.S., Pradhan, B., Mansor, Sh., & Ahmad, N., 2015a. Flood susceptibility assessment using GIS-based support vector machine model with different kernel types. Catena 125, 91-
  • Tehrany, M.S., Pradhan, B., Mansour, Sh., & Ahmad, N., 2015. Flood susceptibility assessment using GIS-based support vector machine model with different Kernel types. Catena, Vol. 125, pp.91-101.
  • Youssef, A.M., & Hegab, M.A., 2019. Flood-Hazard Assessment Modeling Using Multicriteria Analysis and GIS: A Case Study—Ras Gharib Area, Egypt. In Spatial Modeling in GIS and R for Earth and Environmental Sciences (pp. 229-257): Elsevier.
  • Youssef, A.M., Pradhan, B., & Hassan, A.M., 2011. Flash flood risk estimation along the St. Katherine road, southern Sinai, Egypt using GIS based morphometry and satellite imagery. Environ. Earth Sci. 62, 611