خاک‌های با شدت نفوذپذیری خیلی کم هنگامی‌که خیس هستند با خاک­های با سفره آب بالا و دائمی و یا با لایه سخت رسی و در سطح و یا نزدیک آن و یا خاک­های خیلی کم عمق (کمتر از ۳۰ سانتی متر) روی تشکیلات تقریباً غیر قابل نفوذ می­باشد.این خاک­ها دارای ضریب آبگذری خیلی کم بوده همچنین شامل جاده­ها، فرودگاه­ها، سطح منازل و مناطق مسکونی است.بافت سطحی این خاک­ها خیلی سنگین است.
clay– sandy clay– silty clay یا توده سنگی با تکتونیک خیلی کم مانند مارن، تولید هرزآب خیلی زیاد، شدت نفوذپذیری ۵/۰ – ۲۶/۱ میلی‌متر بر ساعت (مهدوی، ۱۳۷۸).
۲-۲-۸- تهیه نقشه شاخص پوشش گیاهی
شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده^[۵۱] در تفکیک مناطق پوشش گیاهی ضعیف از خاک­های لخت و همچنین تهیه میزان نسبی پوشش گیاهی، دارای کاربرد موثر می­باشد. نقشه شاخص پوشش گیاهی تهیه شده برای منطقه، از طریق رابطه زیر محاسبه شد که این کار از طریق GIS و با بهره گرفتن از الگوریتم NDVI و استفاده از باندهای ۳ و ۴ تصاویر ماهواره لندست، در محیط نرم­افزار ArcGIS 9.3 انجام شده است.

رابطه ۲-۱۶
که در آن ETM⁺³ و ETM⁺⁴ به ترتیب باندهای ۳ (باند قرمز) و ۴ (باند مادون قرمز نزدیک) مربوط به تصاویر ماهواره­ای لندست ETM ⁺ می­باشد.
در نقشه­های NDVI بدست آمده از GIS مقادیر ارزش­ها بین ۱- تا ۱ متغیر است که ارزش ۱ یعنی پوشش گیاهی ۱۰۰ درصد و ارزش ۱- یعنی پوشش گیاهی صفر است. اما مقادیر بینابین درصد پوشش را به دست نمی­دهند بلکه حالت نسبی دارد و تابعی از درصد پوشش گیاهی است (مومنی و سراجیان، ۲۰۰۷).
۲-۲-۹- نقشه نوع استفاده از اراضی (کاربری اراضی)
اطلاع از انواع کاربری سطح زمین و فعالیت­های انسانی در قسمت انسانی و در قسمت­ های مختلف و به بیان دیگر نحوه استفاده از اراضی به عنوان اطلاعات پایه برای برنامه­ ریزی­های مختلف از اهمیت ویژه­ای برخوردار است نقشه­هایی که نمایشگر چنین فعالیت­ها در سطوح متفاوت زمینی باشد، نقشه کاربری اراضی و یا نحوه استفاده از زمین^[۵۲] گفته می­ شود. گاهی به نقشه استفاده از زمین و نقشه­های استعداد اراضی^[۵۳] با یک مفهوم برخورد می­ شود که صحیح نیست و در واقع نقشه نحوه استفاده از زمین است که ما را به سوی تهیه نقشه استعداد یا قابلیت اراضی هدایت می­ کند (زبیری و مجد، ۱۳۷۸). نقشه کاربری اراضی در محیط GIS با بهره گرفتن از تصاویر ماهواره­ای به طریقه تفسیر چشمی تهیه شد.
۲-۲-۱۰- تقسیم ­بندی حوزه آبخیز به واحدهای هیدرولوژیکی و واحدهای کاری مناسب
در مطالعات آبخیزداری به منظور شناخت هر چه بیشتر خصوصیات هیدرولوژیکی جهت اجرای برنامه‌های حفاظت خاک و یا ایجاد یک مدل هیدرولوژیکی، همچنین تعیین اولویت در اجرای برنامه‌ها و سهولت در تدوین برنامه زمان­بندی شده به منظور اجرای برنامه‌های آبخیزداری، حوزه آبخیز را به چند واحد هیدرولوژیکی و یا واحد کاری مناسب تقسیم‌بندی می­ کنند در عمل برای مطالعات مختلف، به ویژه در مورد حوزه ­های آبخیز بزرگ، حوزه­ آبخیز را به چند زیر­حوزه^[۵۴] تقسیم می­ کنند. به منظور تفکیک منطقه­ مطالعاتی به زیرحوزه­های فرعی، نحوه تقسیم ­بندی، تحت تاثیر عوامل متعددی صورت می­گیرد که از اصلی­ترین عوامل، می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
- وضعیت شبکه­ هیدروگرافی حوزه­ آبخیز
- مساحت حوزه آبخیز
- مناطق خسارت دیده از سیلاب و یا در معرض خسارت
- نیاز­های مرتبط با اهداف مطالعه
برای تقسیم حوزه آبخیز مورد مطالعه به واحد­های هیدرولوژیک مختلف، باید تمامی رودخانه­ها، آبراهه ­های اصلی و فرعی دقیقا مشخص و با مقیاس مناسبی ترسیم شوند که می­توان از نقشه­های توپوگرافی و عکس­های هوایی با مقیاس مناسب استفاده کرد که خود به عوامل مختلف از جمله مساحت حوزه آبخیز، هدف و دقت لازم بستگی دارد.
هر حوزه آبخیز ضرورتا به وسیله یک خط تقسیم، از حوزه آبخیز مجاور جدا می­ شود. خط تقسیم از خط­الراس تپه ماهور­ها و کوه­های موجود در اطراف حوزه آبخیز از بالاترین و مرتفع­ترین نقاط بین دو حوزه آبخیز مجاور عبور می­ کند. گاهی ممکن است در داخل حوزه آبخیز قله­ای بلندتر از نقاط دیگر روی خط تقسیم مشاهده شود. اما وجه تمایز اصلی در تشخیص این امر وجود رواناب تپه، کوه و کوهسار است که به رودخانه اصلی حوزه آبخیز وارد می­ شود. به عبارت دیگر از مشخصات اصلی یک حوزه آبخیز، وجود یک مسیل یا رودخانه است که تمامی رواناب حوزه آبخیز نهایتا بدان می­رسد و در واقع رودخانه، زه­کش اصلی تمام سطح حوزه آبخیز تا نقطه مورد نظر است.
۲-۲-۱۱- تعیین مساحت حوزه آبخیز سمبورچای و واحدهای هیدرولوژیکی آن
بارزترین مشخصه حوزه مساحت آن است. دبی سیلاب­ها و حجم رواناب حوزه به طور مستقیم به مساحت حوزه بستگی دارد. مساحت حوزه آبخیز یکی از عوامل مهم فیزیوگرافی بوده و دبی­های حداکثر، حداقل، متوسط سالانه و شکل هیدروگراف (آب­نمود) بدان بستگی دارد. در حوزه ­های آبخیز بزرگ شکل هیدروگراف به شکل کشیده و پخ است، در حالی که در حوزه ­های آبخیز کوچک هیدروگراف به شکل نوک تیز می­باشد. محدوده­ حوزه آبخیز از روی نقشه­های توپوگرافی و یا DEM در GIS قابل استخراج است.
عموما مساحت حوزه آبخیز را بر حسب کیلومترمربع و یا هکتار بیان می­ کنند. ابزاری به نام پلانیمتر برای اندازه ­گیری حوزه آبخیز وجود دارد، اما در حال حاضر از GIS بدین منظور بهره­ گیری می­ شود. گاهی در حوزه ­های آبخیز کوچک در مناطق دشتی و با پستی بلندی کم از نقشه­ برداری و سیستم موقعیت­یاب جهانی نیز بدین منظور استفاده می­ شود.
حوزه ­های آبخیز کوچک‌تری که در روی شاخه­ های فرعی جدا شده ­اند، واحدهای هیدرولوژیک و واحدهایی که دارای ورودی و خروجی هستند، واحدهای غیر مستقل نام­گذاری شده ­اند. خط تقسیم حوزه آبخیز در هیچ نقطه­ای به استثنای انتها یا نقطه خروجی حوزه آبخیز، آبراهه­ ها و رودخانه­ی اصلی را قطع نمی­کند.
برای اندازه‌گیری مساحت حوزه سمبورچای و هر یک از واحدهای کاری ازدر ArcGIS، از نرم­افزار XTools استفاده شد.
۲-۲-۱۲- رتبه ­بندی آبراهه ­های حوزه آبخیز
شبکه­ رودخانه به مجموعه آبراهه ­هایی گفته می­ شود که در سطح حوزه عمل تخلیه رواناب را بر عهده دارد. برخی از آبراهه­ ها به صورت رودخانه­های دائم، برخی به صورت فصلی و بعضی دیگر مسیل­هایی هستند که فقط در هنگام بارندگی ممکن است آب در آن‌ ها جاری باشد. در رودخانه­های دائم بیش از ۹۰ درصد اوقات سال آب جاری است، از طرف دیگر رودخانه­های فصلی بیش از ۵۰ درصد ایام سال را خشک می­باشند. در یک حوزه آبخیز ممکن است هر سه نوع رودخانه­ی مذکور وجود داشته باشد. ولی در حوزه ­های مناطق خشک قسمت اعظم آبراهه­ ها را خشک رودها یا مسیل­ها تشکیل می­دهد. هر چه شبکه­ رودخانه­های یک حوزه تکامل یافته­تر باشد تخلیه رواناب از آن حوزه بهتر و ساده­تر انجام می­ شود.
نظام یا ترتیب آبراهه‌ها در حقیقت چگونگی و یا درجه انشعاب رودخانه در یک حوزه آبخیز است. در تعیین ترتیب نظام آبراهه‌های حوزه سمبورچای از روش هورتون- استرالر^[۵۵] پیروی شده است.آبراهه­ای که هیچ انشعابی نداشته باشد و از منبع منشا می­گیرد، به عنوان آبراهه درجه اول طبقه ­بندی شده است. از به هم پیوستن دو آبراهه درجه اول یک آبراهه با رتبه دو تشکیل می­ شود. از پیوستن آبراهه ­های با رتبه W به آبراهه با رتبه W+1 تغییری در رتبه آبراهه با درجه بالاتر یعنی W+1 حادث نمی­ شود. همیشه آبراهه اصلی بالاترین رتبه را خواهند داشت. نحوه اتصال انشعابات در شبکه رودخانه­ها بسیار متفاوت است. انشعابات رودخانه در اکثر مناطق حوزه آبخیز سمبورچای به شکل شاخه درختی و در مواردی به طور موازی و یا داربستی است.
۲-۲-۱۳- طول آبراهه اصلی
آبراهه اصلی به رودخانه­ای گفته می­ شود که در خط القعر حوزه جریان داشته و رواناب زیرحوزه­های مختلف به آن می­ریزد. زمان تمرکز حوزه و زمانی که دبی سیلاب­ها به نقطه اوج می­رسد به طول آبراهه اصلی بستگی دارد. طول آبراهه­ی اصلی معمولا با علامت L و بر حسب کیلومتر نشان داده می­ شود. آبراهه­ی اصلی معمولا طولانی­ترین مسیر هیدرولیکی آب در سطح حوزه است.
۲-۲-۱۴- تعیین ضریب شکل زیر حوزه ­های مورد مطالعه
شکل حوزه آبخیز از پارامترهای موثر در دبی پیک حوزه آبخیز است، به طوری که با مساوی بودن سایر شرایط فیزیکی، دبی پیک حوزه ­های آبخیز گرد یا نزدیک به دایره، بیشتر از حوزه ­های آبخیز کشیده خواهد بود. حوزه‌های آبخیز از نظر شکل ظاهری دارای شکل‌های گوناگون می‌باشند، تأثیر شکل حوزه بر رواناب سطحی و هیدروگراف سیل محرز و این موضوع را عده زیادی از هیدرولوژیست­ها مورد بررسی قرار داده‌اند. در این تحقیق از روش گراویلیوس استفاده شده است که از طریق فرمول زیر قابل محاسبه است:
رابطه ۲-۱۷
که در آن: C، ضریب گراویلیوس؛ P، محیط حوزه به کیلومتر؛ A، مساحت حوزه به کیلومترمربع می­باشد.
۲-۲-۱۵- تعیین رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت ۲ سال و ۱۰ سال
برای برآورد رواناب حاصل از شدت بارش­های نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت­های ۲ و ۱۰ سال ابتدا نقشه شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته را با دروه بازگشت ۲ سال و ۱۰ سال، و نقشه سرعت ثابت نفوذ خاک را تهیه کرده و در محیط نرم­افزار ArcGIS با بهره گرفتن از گزینه Spatial Analyst با دستور Rastercalculator اختلاف آن­ها بدست آمد، اگر اختلاف بدست آمده منفی باشد به این معنی است که روانابی تولید نمی­ شود و اگر اختلاف بدست آمده مثبت باشد همان مقدار رواناب حاصل از شدت بارش مورد نظر است. سپس برای تعیین میزان رواناب حاصل از شدت بارش در هر واحد کاری در محیط نرم­افزار ArcGIS با بهره گرفتن از گزینه Spatial Analyst و گزینه Zonal Statisticsنقشه رواناب حاصل از شدت بارش را با نقشه واحد کاری قطع داده تا میزان رواناب در هر واحد کاری تعیین شود.
۲-۲-۱۶- برآورد مقادیر رواناب در هر یک از واحدهای هیدرولوژیک
این پارامتر یکی از اصلی­ترین شاخص­ های مربوط به رواناب­های سطحی می­باشد که در اکثر مطالعات مربوط به رواناب و فرسایش از آن استفاده می­ شود (فونتس^[۵۶] و همکاران، ۲۰۰۴). مقدار رواناب در یک حوزه­ آبخیز با مقدار باران و برف ماهانه و سالانه‌ای که در حوزه ریزش می‌کند ارتباط مستقیم دارد. اما عوامل دیگری از جمله وضعیت خاک حوزه و پوشش گیاهی در تعیین میزان رواناب سطحی مؤثر است. در دنیای وابستگی­ها کمبود آب و مواد غذایی در مناطق خشک دردناک‌ترین مسائل اجتماعی را فراهم آورده و موجب عدم توسعه اقتصادی در این­گونه نواحی شده است. این در حالی است که سالانه حجم بسیار زیادی از جریان­های سطحی در این مناطق به دلیل عدم کنترل از دسترس خارج شده و به هدر می‌رود.
بدیهی است نخستین گام استحصال این منابع، برآورد دقیقی از پتانسیل و حجم جریان‌های سطحی سالانه می‌باشد. اما مشکل اساسی در مورد برآورد آبدهی حوزه‌های آبخیز نبود ایستگاه آب‌سنجی در خروجی حوزه می‌باشد. امروزه مدل­های کامپیوتری به انجام این امر کمک فراوان کرده ­اند اما در طرح­های کوچک اگر دسترسی به این مدل­ها وجود نداشته باشد می­توان از روش­های ساده تجربی استفاده کرد که از دیرباز در مطالعات هیدرولوژی مورد توصیه قرار گرفته است. البته کارایی و مناسبت این روش­ها در مناطق جغرافیایی مختلف منوط به دستیابی به اطلاعات مورد نیاز آزمون­های مربوط می‌باشد.
روش­های تجربی مبتنی بر قانون علت و معلول می‌باشند. به این ترتیب که حوزه­ آبخیز مانند یک سیستم باز می‌باشد که دارای یک سری ورودی می‌باشد به نام بارش که در سیستم حوزه­ آبخیز تغییر و تحولاتی روی آن صورت می‌گیرد و به صورت خروجی رواناب و رسوب ظاهر می‌گردد.
به این ترتیب می‌توان گفت روش­های تجربی شامل روابط و معادلاتی می‌باشند که با بهره گرفتن از تجزیه و تحلیل آمار و اطلاعات موجود و خصوصیات منطقه تعیین گردیده و جهت تخمین پارامترهای هیدرولوژیکی همان منطقه­ خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد و لذا نمی‌توان از آن‌ ها در سایر نقاط بهره گرفت. ولی برخی از این روش­ها دامنه­ کاربرد وسیع‌تری داشته و می‌توان با اعمال اصلاحات یا انتخاب ضرایب مناسب، در سایر مناطق مشابه به­کار گرفت.
تاکنون روش­های تجربی متعددی جهت برآورد رواناب سطحی ابداع گردیده است. این روش‌ها معمولاً به چهار گروه زیر تقسیم‌بندی می‌شوند.
الف) ضرایب رواناب سطحی
ب) روابط بین بارندگی و رواناب
ج) روش‌های مربوط به کمبود جریان سطحی
د) روش‌های مربوط به استفاده از مشخصات فیزیوگرافی
روش­های مبتنی بر ضرایب رواناب سطحی و رابطه بارندگی و رواناب، بیشتر جنبه محلی داشته و فقط با شرایط خاص فیزیکی و آب و هوایی همان حوزه‌ها قابل کاربرد می‌باشد. اما روش­های برآورد رواناب با بهره گرفتن از کمبود جریان سطحی و مشخصات فیزیوگرافی با در نظر گرفتن عوامل فیزیکی و اقلیمی، نتایج قابل قبول‌تری ارائه می‌دهند.
۲-۲-۱۶-۱- رابطه جاستین
جاستین تحقیقات گسترده‌ای بر روی رابطه­ بین میزان بارندگی و رواناب سالانه تعداد زیادی از حوزه‌های آبخیز در شرایط مختلف آب و هوایی به عمل آورد و نتایج خود را به صورت فرمول زیر که تابع سه پارامتر بارندگی، درجه حرارت و شیب حوزه می‌باشد، ارائه داد.
رابطه ۲-۱۸
که در آن: R، رواناب سالانه به سانتی­متر؛P، بارندگی متوسط سالانه به سانتی­متر؛ T،دمای متوسط سالانه به سانتی ­گراد.
در این مطالعه جهت تعیین مشخصات رواناب در زیر حوزه‌های منطقه­ مورد مطالعه از روش تجربی جاستین به دلیل ساده بودن پارامترهای آن‌ ها و همچنین بالا بودن دقت نسبی آن‌ ها استفاده شده است. لازم به ذکر است که برای تعیین مقادیر متوسط بارش و متوسط دما در حوزه مورد نظر از نتایج مطالعات هواشناسی حوزه استفاده شده است که بر اساس روابط زیر تعیین می‌گردند.
رابطه ۲-۱۹ T=-0.003H+15.14 , R²=۰.۸۲۴
رابطه ۲-۲۰ P=0.050H+275.2 , R²=۰.۶۲۵
در این تحقیق برای برآورد رواناب فصلی، ابتدا با روش جاستین ارتفاع رواناب سالانه در هر زیر حوزه محاسبه شد و سپس متوسط بارش فصلی محاسبه شد و سهم آن از بارش کل به درصد تعیین شد سپس با توجه به درصد بارش فصلی نسبت به بارش کل می­توان ارتفاع رواناب فصلی را با توجه به ارتفاع رواناب سالانه تعیین کرد.
۲-۲-۱۷- برآورد حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبورچای