بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله هدف ، استخراج مدل دقیق جهت تخمین رواناب حوضه آبخیز و تخمین رواناب حوضه آبخیز کسیلیان با استفاده از مدل هیدروگراف واحد مصنوعی گاما می باشد. توزیع گامای دو عاملی ساده شده، برای استخراج یک آبنمود واحد مصنوعی، بکار گرفته می شود که در مقایسه با دیگر روش های موجود راحتتر و دقیقتر می باشد. این مدل تغییر یافته با ارایه یک تقریب دقیق، روابط تجربی را برای برآورد - فاکتور شکل آبنمود واحد بی بعد - از عامل - nتعداد مخازن - مدل ناش توسعه میدهد. در توسعه این روابط غیر خطی از الگوریتم مارگارت استفاده شده است.
این مدل تحلیلی ساده شده در حوضه آبریز کیسیلیان بکار گرفته شده و به بررسی و حل توابع پرداخته و نتایج محاسباتی بدست آمده با نتایج مشاهداتی مقایسه می شود.
از نتایج مشخص شد میزان دبی بیشینه در رویداد 69/6/ 11 بیشترین مقدار و در رویداد 71/3/30 کمترین مقدار را دارا می باشد. همچنین از نتایج تحلیل ها با کمک فرمولها و کد تدوینی در اکسل مشخص شد که داده های پیش بینی شده در این کد و روش توزیع گامای دو عاملی دارای خطای کمی است به گونه ای که خطای مربوط به تخمین مقدار q و qp بیشینه بین 2 تا 7 درصد می باشد. با توجه به اینکه داده های موجود در حوضه آبریز کیسیلیان در محدوده های زمانی کمی استخراج شده اند بنابراین در تمامی زمانها نمی توان داده ها را با یکدیگر مقایسه کرد.
همچنین زمان t با دبی بیشینه نیز به درستی و با خطای کمی با روش توزیع گامای دو عاملی تخمین زده شد که حدود 5 درصد بزرگتر از داده های مشاهداتی موجود برای رویدادهای موجود می باشد که خطای قابل قبولی می باشد. بنابراین نهایتا از نتایج مربوط به توزیع گامای دوعاملی می توان نتیجه گرفت که این روش برای رویدادهای مختلف حوضه کیسیلیان دارای دقت قابل قبولی نسبت به نتایج مشاهداتی بوده و خطای آن کمتر از 7 درصد می باشد.
.1 مقدمه
یکی از مشکلات اساسی در زمینه پیش بینی سیلاب، نبود داده های هیدرولوژی و اقلیمی در اغلب حوزه های آبخیز کشور است .از طرفی تعیین دبی اوج سیلاب و حجم سیلاب ها کمک زیادی به مدیریت بلایای طبیعی می نماید و در طراحی و ساخت سازه های کنترلی مورد استفاده قرار می گیرد. لذا از سال ها پیش محققین تلاش نمودند ویژگی های فیزیکی، ژئومرفولوژی، بارش حوزه های آبخیز را با پاسخ هیدرولوژیک حوزه ارتباط داده و نتایج تحقیقات خود را در قالب مدل های برآورد هیدروگراف واحد ارائه نمایند.
هیدروگراف واحد، یک هیدروگراف شاخص برای حوزه است که ارتفاع رواناب مربوط به آن برابر یک واحد بوده و مربوط به بارش مازاد در یک زمان مشخص می باشد. هیدروگراف واحد علاوه بر تخمین دبی اوج قادر به ساخت هیدروگراف سیل نیز می باشد اغلب روش های استخراج هیدروگراف واحد مصنوعی بر پایه ی دستورالعمل و روابط فردی، برای یک هیدروگراف از طریق داده های آماری کم، استوارند. از اینرو همواره این مشکل که هیدروگراف واحد بدست آمده برای حجم رواناب واحد اصلاح نشود، وجود دارد.
مدل ناش از مدلهایی است که کمتر در ایران کارشده است ولی نتایج همین تحقیقات در داخل کشور و در چندین حوضه داخلی و همچنین تحقیقات متنوع خارج از کشورنشان دهنده مناسب بودن استفاده ازاین مدل در برآورد هیدروگراف واحد حوضه ها است.ناش در سال 1957 حوزه آبخیز را به عنوان یک سیستم با n منبع خطی سری با مشخصات ذخیره معرفی کرد وی هیدروگراف واحد لحظه ای را براساس روند تا بی لحظه ای جریان ورودی در مخازن خطی فرضی ارائه کرد .
تحقیقات مختلفی در مورد میزان کارایی تئوری هیدروگراف واحد انجام گرفته است. تئوری هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک توسط رودریگوئز -ایتورب و والدس در سال 1979 به عنوان عکس العمل هیدرولوژیک حوضه نسبت به ورود یک واحد بارش مازاد لحظه ای شکل گرفته است .نامبردگان در یک حوضه ی آبخیز فرضی رتبه ی 3، تئوری مذکور را مورد بررسی قرار داده اند .نتایج بررسی آنها نشان داد که عکس العمل هیدرولوژیک حوضه، تابعی از پارامترهای ثابت ژئومورفولوژیک و پارامتر دینامیکی سرعت جریان میباشد.
والدس - 1979 - 1در حوضه های ونزوئلا و پورتریکو با استفاده ازمدل باران-رواناب وآبنمودهای مشاهده ای، آبنمود واحد لحظه ای هر حوضه را استخراج و با آبنمود واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک مورد مقایسه قرارداده است. نتایج این بررسی نشان داده است که تحت شرایط سرعت ثابت جریان، آبنمودهای واحد لحظه ای به دست آمده از دو روش مذکور درحوضه های مورد مطالعه مطابقت خوبی با یکدیگر دارند.
گوپتا و همکاران - 1980 - درسه حوضه ی آبخیز منطقه ی ایلنویز پارامترهای نسبت انشعاب، نسبت مساحت و نسبت طول را با توجه به سیستم رتبه بندی استراهلر، به دلیل تطابق بیشتر آن با قوانین هورتونی و همچنین پارامتر دینامیکی زمان انتظار به عنوان تابعی از طول آبراهه ها و سرعت جریان، محاسبه و آبنمود واحد ای ژئومورفولوژیک و به تبع آن آبنمود جریان خروجی حوضه های تحت مطالعه را استخراج و با آبنمودهای مشاهده ای آنها مقایسه نمودند.
نتایج نشان داد که در دو حوضه ی ورمیلون وکازکازکیا بین آبنمود مشاهده ای و محاسبه ای تطابق خوب و در حوضه ی ساگامون تطابق ضعیف برقرار است. رودریگوئز -ایتورب2 و همکاران - 1982 - تئوری آبنمود واحد لحظه ای ژئومورفوکلیماتیکرا با قبول پایه های اصلی آبنمود واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک ارائه کردند. درتئوری آبنمود واحد لحظه ای ژئومورفوکلیماتیک علاوه برعوامل فیزیکی حوضه، عوامل اقلیمی نیزدرهیدروگراف خروجی موثرند. رودریگوئز-ایتورب و همکاران تئوری هیدرو گراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک را برای دبی های حداکثر سیلاب با دوره برگشتهای مختلف، در یک حوضه در ونزوئلا مورد استفاده قرار داده، و با نتایج به دست آمده از توزیع های آماری مقایسه نموده و مشاهده کردند که بین آنها مطابقت خوبی وجودداشته است.
دیاز-گراندس وهمکاران - 1986 - تئوری آبنمود واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک را مبتنی بر هیدرولیک جریان توسعه وبسط داده اند و محمد نصرآلام - 1990 - آن را در سه حوضه ی آبخیزخات، جاف و میده ناب واقع در عربستان مورد ارزیابی قرارداد. نتایج مقایسه ی هیدروگرافهای مشاهده ای و محاسبه ای این مدل در حوضه ی خات نشان داد بین آنها مطابقت خوبی وجود دارد و در حوضه های جاف و میده ناب تطابق خوبی مشاهده نگردید.
سورمن - 1995 - از مدل ژئومورفوکلیماتیک برای برآورد حجم، دبی و زمان اوج هیدروگراف سیلاب خروجی در حوضه های واقع در شمال شرقی عربستان، برای سیلابهایی با دوره برگشت 5 تا 10 سال استفاده نمود که نتایج قابل قبولی را به همراه داشت .طبق تحقیقات انجام شده توسط جینو سینا - - 2003 در رودخانه ی باقماتی، هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفیکاین رودخانه امکان تخمین دقیقتری را از دبیاوج و زمان آن نسبت به سایر هیدروگرافهای مصنوعی فراهم میکند.
اشنایدر1 در سال 1938 با مطالعه بر روی حوزه های کوهستانی آمریکا با مساحت های 30 تا 30000 کیلومتر مربع، هیدروگراف واحد استاندارد را ارائه کرد. ماکوس2 در سال 1957 با بررسی اندازه گیری های انجام شده توسط سرویس حفاظت خاک آمریکا در حوزه های مختلف هیدروگراف بی بعد را ارائه نمود. روش هیدروگراف واحد بی بعد مثلثی با توجه به هیدروگراف واحد بی بعد ساخته شد.
در سال 1979 مفهوم GIUH برای اولین بار توسط رودریگز ایتورب3 و والدرس ارائه شد. نتایج بررسی های آنها نشان داد هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومرفولوژیک تابعی از پارامتر های ثابت ژئومرفولوژیک و پارامتر دینامیکی سرعت جریان است. گوپتا و همکاران مدل GIUH را به عنوان تابع چگالی احتمال زمان پیمایش آب در حوزه تفسیر نمودند. در این روش فرض می شود بارش موثر مسیر های مختلف محتمل در آبراهه و سطح حوزه را طی می نماید تا به خروجی حوزه برسد. به علت تنوع شرایط اقلیمی و ژئومرفولوژیکی در حوزه های آبخیز، تحقیقات متعددی در سطح ایران و جهان به منظور ارزیابی کارایی روش های استنتاج هیدروگراف واحد انجام شده است.
رینتجس 4 و همکاران در سال 2006 در کشور ویتنام اقدام به بررسی هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومرفولوژی نمودند.طبق نتایج به دست آمده مدل مذکور نسبت به سایر روش های مورد استفاده از کارایی بیشتری برخوردار بود. سارانگی5 و همکاران در سال 2008 به مقایسه روش هایGIUH و CN پرداختند. طبق نتایج حاصله روش ژئومرفولوژی در حوزه های آبخیز کوچک با ویژگی های ژئومرفولوژی مشابه از صحت بیشتری برخوردار بود. بهادرا و همکاران به بررسی کارایی روش GIUH در حوزه ی آبخیزی در هندوستان پرداختند و نتایج را رضایت مند ابراز نمودند.
بهانیا6 و همکاران در تحقیقی در سال 2012 به بررسی کارایی روش های تخمین هیدروگراف واحد پرداختند. در این تحقیق کارایی رو ش های SCS، Schwarzو Taylor ،Snyder و همچنین توابع توزیع احتمال از قبیل Betaو Gamma،Gray مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، توابع توزیع احتمال کارایی بالایی در تخمین شکل آب نمود واحد داشتند.
