اقلیم و سامانه‌های هشدار سیل زودهنگام

سیل اگرچه بلای طبیعی است که خرابی‌های بسیار به بار می‌آورد، اما آب بازگشته به خاک، زمین را حاصل‌خیز می‌کند، و منبعی است برای آب شیرین. چه‌طور می‌توان از خطرات سیل کاست و از مزایای آن بهره‌ جست؟

اقلیم و سامانه‌های هشدار سیل زودهنگام

سیل یکی از بلایای طبیعی است که تخریب‌های زیادی در پی دارد. در طی یک سال اخیر بارها شاهد سیل و تخریب راه‌ها، خانه‌ها، شهرها و مزارع مردم بوده‌ایم. سیل همچنین با تشدید فرسایش خاک  هم به طبیعت و هم به معیشت مردم آسیب می‌زند. اما از طرف دیگر، رسوب و آب ناشی از سیلاب، می‌تواند فرصتی باشد تا خاک را حاصل‌خیز کند. در این بین، واقعیت موجود عدم وجود مدیریت صحیح در برابر سیل است که همچون لحظه ریختن آوار از سقف خانه بر سر ساکنین در برابر چشم ظاهر می‌شود. با مدیریت صحیح و رعایت حریم رودها برای جلوگیری از فرسایش خاک می‌توان میزان آسیب به محیط زیست را تا حدودی کنترل کرد؛ و در مقابل از دسترسی به آب و حاصلخیزی زمین‌های آبرفتی به عنوان منبع تجدید یافته برای تامین غذا استفاده کرد.

با توجه به توضیحات بالا، می‌توان گفت که استفاده از حریم رود در شرایط عادی و تخلیه آن در شرایط سیلاب راهکار میانه‌‌ای برای استفاده از این فرصت و همچنین کاهنده تهدیدهای سیل  است. اما با توجه به اینکه استفاده از حریم رود موقت است تاسیساتی باید در این ناحیه تعبیه شوند که بازدهی اقتصادی آنها کوتاه‌مدت و خطر جانی آنها اندک باشد.

مدیریت مناسب در برابر سیل نیازمند تدوین برنامه‌های عملیاتی اضطراری (Emergency Action Plan (EAP است، که متناسب با بروز سیل یا هر بلای دیگری دستورالعمل‌های عملیاتی و رویه‌های لازم برای مدیریت و کاهش اثرهای بحران را ارائه می‌دهد. از پیش‌نیازهای تهیه این دستورالعمل‌ها، محاسبات هیدرولیکی جریان رودخانه است که با توجه به وضعیت طبیعی فعلی رود به همراه مدل‌سازی‌های ریاضی، تخمین زده می‌شوند، و مشخص میکند چه میزان سطحی از اطراف رود، با چه دوره بازگشتی درگیر سیلاب می‌شود.

عمل هشدار سیلاب معمولا با توجه به مدل‌های هواشناسی و پیش‌بینی میزان بارش اعلام می‌شود. سپس حریم‌های قانونی محدوده‌های مورد نظر و در خطر سیلاب تخلیه می‌شوند. اما این روش‌ها به خاطر تغییرات سریع بستر رودخانه‌ها، دقت پایین مدل‌ها و عدم پراکنش [۱] مناسب سنسورهای زمینی هواشناسی بخصوص در مورد تغییر اقلیم، مشکلات اساسی‌ای را برای مدیریت سیلاب به همراه آورده است. به همین دلیل، راه دیگری که امروزه کاربرد وسیع‌تری یافته است استفاده از سامانه‌های هشدار سریع سیلاب (Early Warning System) است.

تصویر نمونه‌ای از مدل‌سازی توپوگرافیک بستر سیلاب با استفاده از مدل‌های هواشناسی و آنالیز تصاویر ماهواره

 

سامانه هشدار سریع سیلاب

در سامانه هشدار سریع سیلاب، اندازه‌گیری‌ها همزمان با وقوع بارش بصورت آنلاین صورت می‌گیرد و پهنه درگیر سیلاب مشخص می‌شود. به نقل از موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو، ریشه‌های این طرح به اوایل دهه ۷۰ باز می گردد. این موسسه طرح ایجاد سیستم هشدار دهنده سیل در رودخانه‌های کشور را نیز تهیه نمود که متاسفانه ناتمام مانده است. در این طرح باز سنسورهای باران‌سنج و سطح‌سنج، برای پایش زمینی سیلاب، به عنوان جمع‌آوری‌کننده‌های ورودی اطلاعات مدل‌ها و سپس انتقال داده‌ها با روش‌های تله‌متری و تحلیل در سامانه مرکزی استفاده میشود. نتایج لازم جهت تصمیم‌سازی به مدیران ارائه می شود. ضمنا لازم است از پیش نیز برنامه EAP تهیه شده باشد که متناسب با خروجی‌های مدل تصمیم ها گرفته شود.

 ترکیب با تصاویر ماهواره ای

با پیشرفت فناوری های نوین اقدام دیگری نیز برای کاهش هزینه و افزایش دقت این روش‌ها می‌توان اجرا نمود. مشکل پیش‌بینی‌های هواشناسی این است که نمی‌توانند میزان و شدت بارش را با دقت کافی پیش‌بینی کنند. لذا نیازمند به برداشت داده زمینی حین بارش است. در روش‌های پیشین سامانه‌های هشدار سریع سیلاب، از سنسورهای پایش (شامل باران‌سنج، سطح‌سنج، دماسنج، رطوبت‌سنج خاک، برف‌سنج و مواردی ازین قبیل) و متعلقات آن‌ها استفاده می شد.با توجه به تعداد زیاد سنسورها و نیاز به پراکنش مناسب داده‌ها این روش در عمل مقرون به صرفه نیست.

تصویر پروسه استفاده از ابزارهای نوین برای مدل‌سازی دیجیتال اقلیم رودخانه

از طرفی محاسبه سیلاب دشت بر اساس محاسبات هیدرولیک رودخانه صورت می‌گیرد که آن‌ها بر اساس مفروضاتی از میزان نفوذپذیری زمین با توجه به نوع کاربری و شیب زمین و مانند آنها وابسته هستند که همگی در حال تغییر هستند و روش‌های مبتنی بر اندازه‌گیری سنسورهای زمینی نمی‌توانند این موارد را در نظر بگیرند.

می‌توان با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره‌ای کاربری اراضی، و پارامترهای پیش گفته را به صورت مکانی و برای مدت زمان مشخص بررسی نمود، تا در مدل‌ها به صورت آنلاین اعمال ‌شود همچنین می‌توان محدوده سیل گرفته را نیز در هر لحظه مشخص نمود و پارامترهای ورودی به مدل را متناسب با آن اصلاح کرد.

همچنین می‌توان داده‌های بارشی با دقت پایین براساس این تصاویر را محاسبه نمود که با ترکیب با داده‌های سنسورهای زمینی، محدودیت تعداد اندک و پراکنش نامناسب این سنسورها را پوشش دهد.

علت اینکه این روش توصیه می شود آن است که پس از شروع بارش در بالادست زمانی طول میکشد که در پایین‌دست پهنه سیلابی تشکیل شود. این زمان فرصتی برای امدادگران فراهم می آورد تا در صورت نیاز تدابیر لازم جهت تخلیه یا دیگر تدابیر مدیریتی را اعمال نمایند. این تدابیر بایستی در برنامه‌های EAP از پیش تعریف شده باشند زیرا این زمان می‌تواند از چند دقیقه تا چند روز به طول انجامد مانند سیلاب بهار ۱۳۹۸ که پس از بارش در لرستان چند روز طول کشید تا رواناب به خوزستان برسد.

نتیجه

داده‌های ماهواره‌ای برای محدوده‌هایی که فاقد ایستگاه‌های زمینی سنجشی هستند نیز می تواند به تنهایی اطلاعاتی را در اختیار قرار دهد. هر چند در سیل بهار ۱۳۹۸ خوزستان و سیل دی ماه ۱۳۹۸ در مکران سعی شد از نقشه‌های پایش سیلاب استفاده شود لیکن در صورتی که برنامه عملیاتی اضطراری (EAP) متناسب با آن به همراه سامانه‌های محاسبات هیدرولیک رودخانه از پیش تعبیه میشد می‌توانست کنون‌بینی مناسبی از شرایط به دست دهد و فرصت تخلیه را پیش از رسیدن سیلاب فراهم آورد. بهترین نتیجه با ترکیب داده‌های ماهواره‌ای که به رایگان در دسترس هستند با داده‌های سنسورهای زمین حاصل خواهد شد که نیازمند سرمایه‌گذاری در دوران شرایط عادی است.

درباره نویسنده: امید همتی محقق و علاقمند به حوزه علوم منابع آب است. در کاری که اشتغال دارد،  با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره‌ای، نقشه‌هایی ارائه می‌کند تا برای مدیریت مزارع کشاورزی و همچنین مدیریت بلایای طبیعی و بررسی میزان خسارت ناشی از آنها استفاده می‌شود.

[۱] پراکنش : نحوه پراکندگی یا پخشایش