بخشی از مقاله
چکیده
مدل تانک یکی از مدلهای پیشنهادی است که رواناب حاصل از بارش بر روی حوزه آبریز را توسط چند تانک متوالی شبیهسازی میکند. سیستمهای اطلاعات جغرافیایی - GIS - به طور قابل توجهی در مدلسازی هیدرولوﮊیکی بکار برده شدهاند. یکی از اهداف مهم بکارگیری این سیستمها لحاظ نمودن تغییرات مکانی سیستم بارش رواناب است. برای نیل به هدف فوق، اطلاعات ورودی به مدل پیشنهادی در این تحقیق به دو گروه تقسیمبندی شده است. گروه اول شامل دادههای هیدرولوﮊیکی نظیر آمار بارندگی و سیلاب ثبت شده در ایستگاههای اندازهگیری است. گروه دوم اطلاعات توصیفی است که از تجزیه و تحلیلهای انجام گرفته توسط توابع GISاستخراج میشود.
مدل علاوه بر شبیهسازی، قابلیت کالیبراسیون را نیز دارا است که بر اساس هیدروگرافهای حاصل از مشاهدات انجام میگیرد و میتوان آن را برای چندین زیرحوزه انجام داد. شبیهسازی مدل میتواند با استفاده از برنامه کامپیوتری و یا در محیط GIS انجام شود اگر چه شبیهسازی نیازمند بسط و توسعه فراتر است. همچنین از قابلیتهای گرافیکی محیط GIS برای رسم نمودارهای هیدروگراف سیل به منظور تسهیل در نتیجهگیری استفاده میشود. مدل پیشنهادی برای حوزه آبریز معرف امامه بکار رفته و پس از کالیبراسیون، با استفاده از مشاهدات مستقل صحت مدل مورد تایید قرار گرفته است. نتایج مدل حاکی از آن است که با استفاده از GIS همراه با دخالت تغییرات مکانی بارش، دقت نتایج افزایش یافته است.
واﮊگان کلیدی: روش کلارک، سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - ، مدل ارتفاعی رقومی - DEM - ، مدل تانک.
١- مقدمه
در این تحقیق با وارد کردن GIS١ در فرآیند مدلسازی به نوعی از دادههای حاصل از آن به عنوان ورودی برای مدل هیدرولوﮊیکی تانک استفاده شده است. در واقع با ایجاد نقشههای ایزوکرون٢ و بارندگی هر زیرحوزه در محیط GIS و ترکیب این دو نقشه، نقشهای ترکیبی ایجاد خواهد شد که برای هر واحد ترکیبی بارندگی مشخص است. با بکارگیری اطلاعات مربوط به واحدهای ترکیبی، میزان بارندگی هر ناحیه نقشه ایزوکرون بدست میآید.سپس مدل حوزه آبریز تانک بکار برده میشود و هیدروگراف سیل هر زیرحوزه متناظر با رویداد بارندگی مشخص تولید میشود. زمانی که پارامترهای مدل برای منطقهای خاص مجهول هستند، کالیبراسون مدل انتخاب میشود تا کلیه پارامترهای مدل تعیین شوند. کالیبراسیون به روش تقریب متوالی١ انجام می گیرد. در انتها نیز با بکارگیری پارامترهای تعیین شده، مدل برای چندین رویداد بارندگی مستقل بکار میرود تا پارامترهای بدست آمده مورد تایید قرار بگیرند.
۲- ساختار مدل
مدل از دو بخش اصلی تشکیل شده است؛ بخش اول شامل بکارگیری توابع تجزیه و تحلیل GIS است تا در نتیجه آن یکسری اطلاعات توصیفی استخراج شود که ساختار اصلی اطلاعات ورودی را برای اجرای مدل تانک تشکیل میدهند. بخش دوم استفاده از مدل تانک است که اطلاعات ورودی را دریافت کرده و با انجام عملیات محاسباتی، نتایج نهایی را به کاربر ارائه می دهد. در بخشهای بعدی، بطور مفصلتر مراحل مختلف کار بیان شده است.
۳- کاربرد GIS
با ورود نقشههای مورد نیاز شامل نقشههای نقطهای مربوط به ایستگاههای بارندگی و هیدرومتری و همچنین نقشههای خطی مربوط به مرز حوزه و خطوط تراز ارتفاعی، ورود اطلاعات مکانی به GIS انجام میشود. سپس مدل ارتفاعی رقومی٢ - DEM - ایجاد میشود، این مدل به شکل رستری است و مقدار هر پیکسل در نقشه رستری شامل ارتفاع مرکز پیکسل است. با استفاده از DEM ایجاد شده میتوان نقشه جهت جریان را مشخص کرد. در این نقشه مشخص میشود که آب موجود در هر سلول به کدام یک از سلولهای مجاور خود جریان پیدا میکند. در شکل - الف-۱ - مشاهده میشود برای هر سلول از یک مدل هشت جهته استفاده میشود تا جهت جریان هر سلول مشخص شود بطوریکه در شکل - ج-۱ - مجموعهای از بردارها جهت جریان سلولهای مورد نظر را مشخص کردهاند.
البته این نقشه بصورت شبکهای از اعداد است که هر جهت جریان عدد منحصر بفرد خود را دارد. DEM تولید شده ممکن است شامل یک یا چند چاهک باشد. چاهک سلول یا گروهی از سلولها است که ارتفاع متناظر آن کمتر از ارتفاع پیکسلهای مجاور است. برای مدلسازی رواناب لازم است که چاهکها برطرف شوند که نتیجه آن یکDEM هیدرولوﮊیکی است. روشهای مختلفی برای حذف چاهکها با استفاده از توابع GIS وجود دارد، بعنوان مثال متوسط ارتفاع سلولهای مجاور به سلول یا سلولهای چاهک اختصاص داده میشود.با استفاده از نقشه جهت جریان و بکارگیری توابع GIS می توان نقشه تجمع جریان را ایجاد کرد. در نقشه تجمع جریان مقداری که به هر سلول اختصاص مییابد، تعداد سلولهای بالادست است که آب مربوط به آنها به سمت آن سلول جریان پیدا کرده است - شکل الف-۲ - .
با تعیین عدد آستانه کلیه سلولهایی که مقادیر آنها در نقشه تجمع جریان بزرگتر از عدد آستانه باشد به عنوان شبکه رودخانه ای در نظر گرفته میشوند. هر چه عدد آستانه کوچکتر باشد، تراکم شبکه رودخانه ای بیشتر خواهد بود. نقشه طول جریان از مهمترین نقشههای مورد نظر در این مدلسازی است. برای تهیه نقشه طول جریان از نقشه جهت جریان بمنظور محاسبه طول مسیری که آب موجود در هر سلول میپیماید تا به سلول خروجی برسد، استفاده میشود. - شکل ب-۲ - .با همپوشانی نقشههای شبکه رودخانهای، ایستگاههای هیدرومتری و مرز حوزه می توان مرز زیرحوزهها را بصورت نقشه خطی ایجاد کرد. با استفاده از DEM هر زیرحوزه مراحل قبلی تکرار میشود تا برای هر زیرحوزه نقشه طول جریان ایجاد شود.
برای تهیه نقشه ایزوکرون باید نقشهای تهیه کرد که مقدار هر سلول نشان دهنده مدت زمانی باشد که طول میکشد تا آب از آن سلول به خروجی حوزه جریان پیدا کند. برای تعیین نقشه زمان تمرکز در اختیار داشتن نقشههای طول جریان و سرعت جریان ضروری است، البته میتوان از روابط تجربی مختلفی که وجود دارد نیز استفاده کرد. در ادامه نقشه زمان تمرکز به مناطق مشخصی تقسیمبندی میشود. برای انجام این کار زمان تمرکز کل زیرحوزه بر گام زمانی رویداد بارندگی تقسیم میشود و تعداد مناطق مشخص میشود. برای تهیه نقشه بارندگی از روش چندضلعی تیسن۱ و نقشه نقطهای ایستگاههای بارندگی استفاده میشود. در مرحله بعد نقشههای بارندگی و ایزوکرون ترکیب میشوند و نقشه جدیدی ایجاد میشود که ماهیت واحدهای همگن آن بصورت ترکیبی است.
۴- ورود اطلاعات به مدل تانک
اطلاعات توصیفی حاصل از توابع تحلیلی GIS بصورت فایلهای ورودی و با فرمتی خاص ذخیره میشوند تا برای مدل کامپیوتری تانک، نقش دادههای ورودی و اولیه را ایفا کنند. علاوه بر اطلاعات فوق، دادههای هیدرولوﮊیکی شامل مقادیر بارندگی و سیلاب ثبت شده در ایستگاههای اندازهگیری نیز در قالب فایلهای ورودی توسط کاربر برای مدل ایجاد میشوند.
