روشهای غیر سازه ای مدیریت سیلاب
مقدمه
رهیافت های غیر سازه ای در مدیریت سیل در برگیرنده آن بخش از فعالیت هایی است که برای رفع یا
تسکین اثرات تخریبی سیلاب، سازه های فیزیکی احداث نمی شود. رهیافت های سازه ای در مدیریت
سیلاب عبارتند از: سدها، خاکریزها، سیل بندها، منحرف نمودن سیلاب، کانال های سیلاب بر و غیره که
به وسیله ذخیره ، محدودسازی یا تعدیل جریان و یا انحراف سیلاب، مهار سیلاب را تاحدی ممکن
می سازد. ممکن است سازه ای به صورتی ترکیبی با رهیافت های سازه ای یا غیرسازه ای مورد استفاده
قرار گیرند ولی الزاماً پیش نیاز تمهیدات غیرسازه ای نخواهد بود.
به هر حال همیشه روش های غیر سازه ای باید تواماً در طراحی های سازه ای مورد توجه قرار گیرند.
زیرا استفاده از آنها موجب افزایش در اثر بخشی می شود. در شرایط حاکم بر بعضی از حوضه های
آبریز رودخانه ها، ممکن است روش های غیر سازه ای از روش های سازه ای مهار سیلاب کم هزینه تر
باشند.
رهیافت های غیر سازه ای مهار سیلاب در دو گروه اساسی در جدول ( 1) نشان داده شده اند:
3
مدیریت سیلاب و مهار آن
مدیریت سیلاب به فرایندهای فراگیری در مهار سیل اطلاق می شود که گسترش سیلاب و خسارات
ناشی از آن را تعدیل کند.
مهار سیلاب شامل فرایندهای خاصی است که با فراهم آوردن و بهره برداری از سازه های طراحی
شده، اثرات تخریبی سیل را رفع یا کاهش دهد که این امر با انحراف، محدودسازی یا نگهداری جریان
سیلاب تا حدی که از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر باشد، انجام می شود.
برای برقرار کردن راهکارهای مدیریتی قابل اجرا در سیلابدشت و جهت مقابله با مشکلات سیلاب در
تمام زمینه ها باید، راه حل ها در کل حوضه آبریز دیده شود ضمن این که از نظر اقتصادی، اجتماعی و
زیست محیطی نیز مناسب باشد. در این راهکارها، باید به صورتی یکپارچه از تمهیدات و رو شهای
سازه ای و غیر سازه ای استفاده موثر به عمل آید
اهمیت روشهای غیر سازه ای
مناطق وسیعی از جهان، اعم از کشورهای صنعتی یا در حال توسعه در معرض خطر سیل قرار دارند.
علیرغم تمام تلاش هایی که در طول تاریخ به وسیله مردم یا دولت ها صورت گرفته است، هیچ کشوری
صرف نظر از دارائی و پیشرفت تکنولوژی شان نتوانسته نواحی سیل گیر خود را کاملا و برای همیشه از
خطر سیل محفوظ بدارد.
دلایل بسیار ساده است:
در تمام دنیا، رودخانه ها تامین کننده نیازهای اولیه زندگی و منبع درآمد هستند، نظیر
سیستم های آب شرب، آبیاری، انرژی، کشتیرانی، ماهیگیری و غیره بخصوص برای کسانی که در
سواحل آنها زندگی خود را بنا نهاده اند،
دره هایی که از بقایای آبرفتی تشکیل شده اند، غنی ترین اراضی از نظر کشاورزی و سایر
الزامات زندگی و منابع توسعه ای کشورها می باشند.
برای تضمین کامل در برابر خطر پذیری سیل نیاز به سرمایه گذاری بسیار زیاد و ایجاد
سازه های پرهزینه و گرانی است که از عهده هر کشوری، حتی کشورهای بسیار ثروتمند خارج
است. بعلاوه، ایجاد چنین تمهیداتی ممکن است باعث از بین رفتن و حذف جاده ها، خطوط ارتباطی
و بسیاری از تاسیساتی بشود که خود آنها برای تشکیل مدنیت در طول رودخانه ها و در دشتهای
آبرفتی آنها ایجاد شده اند. بنابراین سطوح ایجاد حفاظت در برابر سیل محدود است و در بسیاری
از حالات دوره برگشت سیل 10 تا 100 سال منظور می شود. پیش بینی سیل و همراه با آن اطلاع
رسانی وقوع سیل ابزاری منطقی برای کاهش خطرات سیل نسبت به جان انسان ها و مایملک آنها
در نقاط سیل گیر است.
بطور بسیار خلاصه دلایل الزامی بودن تکمیل روشهای سازه ای بوسیله روشهای غیر سازه ای به
شرح ذیل میباشند:
عدم قطعیتهای هیدرولیکی، هیدرولوژیکی، ژئوتکنیکی و همچنین کاستی های اجرا مانع از
آن می شوند که اطمینان کامل از عملکرد سازه ها وجود داشته باشد.
در دهه های اخیر، فعالیتهای انسانی تغییرات شدیدی در هیدروسیستم ها ایجاد نموده و
روند کند تغییرات طبیعی را بسیار افزایش داده است. از جمله این تغییرات می توان به تغییر اقلیم،
تغییرات ناشی از احداث سازه های هیدرولیکی ، تغییرات ناشی از کاربری اراضی، تغییرات
مورفولوژی، تغییرات زیست محیطی و اثرات اندرکنشی اشاره نمود.
روشهای غیر سازه ای بهتر می توانند با پیشرفت تکنولوژی تطبیق کنند و این مسئله می
تواند ابرازی برای مقابله با آثار زیانبار تغییرات هیدروسیستم ها و استفاده از منافع آنها باشد.
در بسیاری از موارد بعلت محدودیت منابع مالی امکان اعمال محافظه کاری در پروژه های
مدیریت سیلاب وجود ندارد. بعلاوه در مواردی که محدودیت منابع مالی وجود ندارد، نیز انتخاب
دوره های بازگشت طولانی توجیه اقتصادی ندارد.
5
هزینه های روشهای غیر سازه ای عموما" کمتر از روشهای سازه ای بوده و بعلاوه این هزینه
در زمان پخش میشود.
در حین احداث سازه ها، اعمال روشهای غیر سازه ای تنهاگزینه ممکن است. این دوره در
طرحهای بسیار بزرگ می تواند طولانی باشد و از نظر اقتصادی کاهش خسارات در سالهای
اول بسیار با اهمیت تر از سالهای بعدی است.
افزایش دوره بازگشت سیلاب طراحی و افزایش ابعاد سازه ها در طولانی مدت می تواند خطرات
ناشی از سیلاب را بیشتر کند زیرا تخریب سازه های بزرگ عواقب بسیار فاجعه بارتری از
زمانی که اصلا سازه ای احداث نشده باشد، بدنبال دارد.
در موارد زیادی محدود کردن مسیر رودخانه، عواقب زیست محیطی نامطلوبی بدنبال داشته
است. در این راستا حداقل کردن ابعاد سازه ها بوسیله تلفیق روشهای سازه ای و غیر سازه ای
مطلوب است.
یک اصل بنیادی مهندسی رودخانه ، اصلاح تدریجی رودخانه با توجه به پاسخ رودخانه و با
استفاده از عمدتا انرژی جریان است که با احداث سریع سازه های مدیریت سیلاب تطبیق و
همخوانی ندارد. روشهای غیر سازه ای با کاهش ابعاد سازه ها می توانند همخوانی بیشتری
میان مهندسی رودخانه و مدیریت سیلاب ایجاد نمایند.
در بسیاری موارد روشهای غیر سازه ای تنها گزینه ممکن می باشند مانند هشدار و تخلیه مردم
در موجهای عظیم ناشی از سونامی در سواحل اقیانوسها و یا طوفانهای دریایی و یا شکست
سدها. اکنون در بسیاری از کشورها، برقراری سیستم اضطراری در پایین دست سدها الزامی
است.
درموارد زیادی به علت هزینه کم ، روشهای غیر سازه ای را می توان به تنهایی اعمال نمود.
روشهای غیر سازه ای موجب ایجاد شناخت بهتر از هیدروسیستم و تغییرات آن می شوند و در
نتیجه این تغییرات را می توان بهتر هدایت کرد و با آن تطبیق نمود.
در بسیاری از رودخانه ها ، احداث سیل بندها و سیل برها می تواند موجب وخیم تر شدن
مشکلات سیلاب در پایین دست گردد.
در بسیاری از سدها، هزینه های هنگفتی صرف ایمن سازی سد در مقابل سیلاب نادر ( 10000
ساله به بالا) می شود. در عمل ریسک حاصلضرب احتمال در عواقب است و بنابراین ریسک یک
سیلاب 100 ساله که 50 درصد شهری را زیر آب ببرد، 500 برابر بیشتر از ریسک سیلاب
می باشد با فرض اینکه سیلاب اخیر کل آن شهر را به زیر آب ببرد. بنابراین ریسک PMF
سیلابهای 100 ساله و 200 ساله می تواند بسیار بیشتر از سیلابهای نادر باشد و در صورت
وجود مخازن، کاهش ریسک این سیلابها می تواند بوسیله مدیریت بهینه مخزن بر اساس
روشهای غیر سازه ای به انجام برسد.
پیش بینی سیل
6
پیش بینی سیل در مدت زمانی قبل از وقوع آن، که این زمان بستگی به ویژگی های حوضه آبریز و
عوامل آب و هواشناسی منطقه دارد، فرصتی است که به سازمان های مسئول و خود مردم این امکان را
می دهد که نسبت به انجام اقدامات ضروری تصمیم گیری کنند و از خسارات سیل و تبعات آن بکاهند.
این تصمیمات می تواند از اقدامات مقابله ای متداول (مثل تغییر دستور العمل های بهره برداری از سد،
باز و بسته کردن دریچه های عمقی، تخلیه ناگهانی سدها برای ایجاد ظرفیت بیشتر آبگیری سدها) تا
اقدامات جلوگیری و حفاظتی (مثل ممنوع کردن کشتیرانی در مسیر رودخانه) و اقدامات اضطراری (مانند
اعلام وضعیت اضطراری، برنامه ریزی و کمک به تخلیه مردم از نقاط پرخطر، تخریب عمدی سیل بندها)
باشد.
مبانی پیش بینی سیل، تجزیه و تحلیل و تفسیر کلیه داده های موجود است که در گذشته و در وقوع
سیل های دیگر (اطلاعات ورودی متغیر) موجب ایجاد یا گسترش سیل در پائین دست شده است (اطلاعات
خروجی متغیر). دوره ای که از لحظه به دست آوردن داده های ورودی تا وقوع حادثه پیش بینی شده در
پایین دست وجود دارد، از یک ساعت یا کمتر در حوضه های کوچک تا چندین روز در حوضه های بزرگ
با صدها هزار کیلومتر مربع وسعت، متغیر می باشد. در مناطقی که حوضه های آبریز، مشترکِ بین
کشورهاست، مبادله اطلاعات هیدرولوژیکی بسیار حائز اهمیت است. به ویژه کشورهای واقع در پایین
دست رودخانه، نیاز حیاتی به دسترسی به این اطلاعات دارند تا اقدامات لازم را انجام دهند.
داده هایی که در پیش بینی سیل مستمراً مورد نیاز است (متغیرهای ورودی) به قرار ذیل است:
بارندگی قبل از شروع طوفان در حوضه آبریز
سطوح مختلف اشباع خاک در نقاط مختلف حوضه آبریز
جریان رودخانه در نقاط مختلفی که بالا دست نقطه موردنظر قرار دارند
مشخصات پوشش برفی و درجه حرارت در حوضه هایی که در آنها سیلاب ها در اثر ذوب
برف جاری می شوند.
ظرفیت ذخیره و تراز آب مخازن حوضه.
علاوه بر اینها، هر جا که لازم باشد مساحت حوضه و زمان های پیش هشدار سیلاب، بارندگی های
پیش بینی شده خطر آفرین، موقعیت و میزان بارندگی های پیش بینی شده باید مورد استفاده قرار گیرند.
طبیعتاً پیش بینی سیل بر حسب تراز آب در اشل های نصب شده در طول رودخانه یا بر حسب میزان
تخلیه سیلاب در نقطه مورد نظر، بیان می شود. مضافاً، در صورت امکان باید میزان بیشینه سیل و زمان
وقوع آن پیش بینی و اعلام شود. کاملاً آشکار است که با افزایش زمان پیش هشدار، دقت پیش بینی ها
کاهش می یابد. بنابراین به منظور اجتناب از اعلام هشدارهای غیرلازم که نهایتاً موجب بی اعتباری سیستم
هشدار سیلاب در بین جمعیت ساکن در منطقه خطر شود، دوره پیش بینی بایستی محدود شود.
داده های پایه مورد نیاز
7
کیفیت کار سیستم های پیش بینی سیل عمدتاً بستگی به کیفیت و مقدار آمارهای پایه جمع آوری شده
در زمینه هیدرولوژی و عملکرد هیدرولیکی حوضه های آبریز مربوطه دارد. عملکرد مدل های ریاضی و
تجهیزات کسب، انتقال و پردازش داده ها از اهمیت یکسانی برخوردارند. اطلاعات جمع آوری شده برای
اهداف چندی مورد استفاده قرار می گیرند:
انجام مطالعات آماری هیدرولوژی برای برآورد خطرپذیری سیلاب (ترازها، جریان های
رودخانه، احجام، دوره طغیان و غیره) که ترجیحاً در بر گیرنده خصوصیات فصل
می باشند.
انتخاب روش بهینه پیش بینی
انتخاب عوامل بسیار مهم در فرایند پیش بینی و تحلیل ها که دستیابی به بهترین اطلاعات
خروجی را ممکن می نمایند.
کالیبراسیون عوامل مورد استفاده در روش انتخاب شده برای پیش بینی
امتحان کردن قابلیت اعتماد پارامترهای مختلف
فراهم کردن به هنگام اطلاعات برای مدل پیش بینی.
برای اجرای یک سامانه (سیستم) قابل اعتماد پیش بینی سیل، وجود حداقل حدود ده سال آمار
هواشناسی و هیدرولوژیکی ضروری است. گرچه این یک معیار مطلق نمی باشد. کارآیی مدل های
پیش بینی همیشه با افزایش دوره آماری بهبود می یابد. در هر حال با حداقل دوره آماری، وجود تعداد
زیادی از سیل های با ابعاد و هیدروگراف های متفاوت بسیار اهمیت دارد. (مثلا منشاهای مختلف در
حوضه یا زیر حوضه ها، وقوع بارش های مختلف با دوره و شدت متفاوت، در فصول مختلف و یا با
شرایط اولیه متفاوت).
تعداد عوامل ورودی (متغیرهای ورودی) که اندازه گیری می شوند، بستگی به اندازه حوضه آبریز،
طبیعت رژیم هیدرولوژیکی (برف و باران) و تغییر پذیری اجزاء داده های مختلف حوضه (بارندگی، برف،
دما، تغییر نفوذ در خاک و غیره) دارد. زمان و تناوب اندازه گیری ها (مثلا بارندگی در فواصل زمانی
دقیقه، یا 1 ساعت یا 6 ساعت یا 24 ساعت یا چند روز) نیز بستگی به اندازه و رفتار هیدرولوژیکی حوضه
آبریز دارد.
اطلاعات بارندگی به دلایل ذیل شاید مهمترین ورودی در پیش بینی سیل باشد:
متغیری است که به راحتی قابل اندازه گیری می باشد؛
اولین عامل شکل گیری و گسترش سیل است؛
متغیری است که گسترش جریان را تسریع می کند؛
متغیری است که با کار بر روی آن، پیش بینی سیل را می توان دقیق تر کرد.
کیفیت اندازه گیری. عامل تعیین کننده دیگری است که بر کیفیت پیش بینی تاثیرگذار است. دو عاملی که
عموماً کیفیت اندازه گیری نامطمئن دارند عبارتند از:
8
اندازه گیری های جریان آب که لازمه اش داشتن ایستگاه های اندازه گیر قابل اعتماد و
پایدار است تا قادر به اندازه گیری جریان های بالای رودخانه با یک منحنی تراز - عمق
پایدار برای تمام شرایط جریان اندازه گیری باشد.
اندازه گیری نفوذپذیری خاک و میزان اشباع آن. این داده ها معمولاً کمتر اندازه گیری
می شوند و برای اندازه گیری آنها نیاز به تجهیزات دقیقی است (مثل پخش کننده نوترون).
لیکن در پیش بینی سیل بسیار مهم هستند زیرا قابلیت جذب خاک را مشخص می کنند و
بنابراین در مدل های بارندگی - رواناب می تواند عاملی کلیدی باشد.
روش های پیش بینی سیل
روش های مناسب پیش بینی سیل به نحو قابل ملاحظه ای به بزرگی حوضه آبریز مربوطه بستگی
دارد:
-1 روش تبدیل بارش - رواناب در حوضه های آبریز کوچک ( 10 تا 100 کیلومتر مربع)
-2 مدل های روندیابی سیل
روش های روندیابی، کاربرد ساده شده معادلات سنت - ونانت ( 30 ) است که در مکانیک سیالات
اصول بقای ماده (معادله پیوستگی) و مومنتوم (معادله حرکت) می باشد. بسته به این که درجه ساده شدن
تا چه حدی باشد، از آن به عنوان روشی در مدل سازی یک بعدی جریان (شاخه فرعی یا شاخه اصلی) یا
در حالات پیچیده تر مانند جریان های چندبعدی در نواحی سیل زده استفاده می شود.
برای مثال، فرانسه اولین کشوری بود که برای پیش بینی سیل رودخانه سن، توسط بل گراندو در سال
1854 از مدل های تجربی استفاده کرد و نیز اولین کشور بود که از مدل های پیشرفته تر که بر اساس
معادلات ساده عمل می نمودند در روند سیلاب استفاده کرد.
-3 مدل های چند رگرسیونی
و (t+i) این روش ها مبتنی بر رگرسیون های چندگانه است که میان متغیرها برای دوره های ) آینده
صورت می گیرد. ورودی های متغیر اصولا بارندگی در (t-I) متغیرهای اندازه گیری شده در گذشته
یا t تراز آب در ایستگاه پایین دست و در زمان t-i( ) حوضه آبریز، تراز آب در ایستگاه بالا دست در زمان
می باشد. در این اَلگوریتم، ویژگی های حوضه اعمال نمی شود و در عوض روابط آماری بین (t+i)
متغیرهای ورودی و متغیرهای استخراج شده به کار می رود. استفاده از متغیرهای متعدد در محاسبات و
به کارگیری زمان های طولانی مورد نیاز در کالیبراسیون و محاسبات ممکن است این تصور را پدید آورد
که پیش بینی کیفیت بالایی دارد. در هر حال متغیرهای ورودی به شدت به همدیگر وابستگی دارند. بنابراین
وقتی متغیرها بیش از سه یا چهار مورد باشد، معمولاً دقت پیش بینی چندان افزایش نمی یابد. یک روش
ممکن است این باشد که از چند متغیر اضافی به عنوان جایگزین استفاده نمود. بدین ترتیب می توان از
متغیرهای اضافی در شرایطی که آمار موجود نباشد و یا دقت اندازه گیری ناکافی باشد، استفاده نمود.
9
مدل های پیچیده که در بر گیرنده ترکیبی از مدل های فوق الذکر می باشند برای حوضه های آبریز
پیچیده که برای مثال دارای ساختمان های کنترل جریان هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. به ویژه در
حوضه هایی که اثر روند سیلاب در مخازن و یا پخش سیلاب در سیلابدشت قابل ملاحظه باشد.
پیش بینی های هواشناسی
در بیست سال گذشته، پیشرفت های قابل توجهی در پیش بینی با هواشناسی حاصل شده است. زیرا با
امکان کاربرد اطلاعات بسیار زیاد از نقاط متعدد دنیا، درک بهتر از پدیده های جوی و تبادلات و
چرخش های جوی، بهبود حاصله در اجرای مدل ها، پیشرفت در پوشش حوضه ها به وسیله رادار و
ماهواره و قدرت رایانه ها و تجارب حاصله، این نتایج به دست آمده است.
امروزه رایانه های بسیار پر قدرتی وجود دارند که قدرت پیش بینی پنج روز قبل آنها برابر کیفیت
پیش بینی 24 ساعت قبل در دهه 1950 می باشد. در پیش بینی های کوتاه مدت و در مناطق نسبتاً فشرده،
فناوری هیدرولوژیکی رادار پیش بینی های مفیدی در هواشناسی فراهم آورده است. این فن آوری در دهه
1970 پایه گذاری گردید و به ویژه از دهه 1980 پیشرفت های قابل توجهی در کشورهای انگلستان، ایالات
متحده، سوئیس، دانمارک و فرانسه، در رادار هیدرولوژیکی حاصل شده است. تحقیق و برآورد اعتبار
رادارهای هیدرولوژیکی در فرانسه صورت گرفته است تا پیش بینی های بسیار کوتاه مدت برای شهرهای
مهمی همچون پاریس، بوردو، گرنوبل، دوردون، سیون، نیس و مارسی عملی شود.
صلاح الدین خسروی