بخشی از مقاله
چکیده:
گسترش مداوم حوضههای شهری باعث افزایش اهمیت مشکلات مربوط به مدیریت منابع آب شهری مانند کنترل سیل و آبگرفتگی شده است. بنابراین تعیین پاسخهای هیدرولوژیک حوضههای شهری برای مدیریت رواناب، اهمیت فراوانی دارد. برای این منظور میتوان درصد کارایی مدل منطبق با تئوریهای علمی تشریح کننده پدیدههای هیدرولوژیک و ژئومورفولوژیک را با مقایسه خروجی این روشها با دادههای هیدرولوژیکی اندازهگیری شده تعیین کرد.
در این بررسی از مدل هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفوکلیماتیک - GCIUH - ، برای تعیین شکل و ابعاد هیدروگراف خروجی از حوضه شهری شهرک امام علی - ع - شهر مشهد استفاده شد. برای مقایسه مقادیر شبیه سازی شده و مشاهداتی از سه واقعه که در خروجی حوضه اندازه گیری شده بود استفاده گردید. مقدار کارایی مدل با استفاده از روش میانگین توان دوم خطا - MSE - بررسی شد. نتایج نشان داد مدل GCIUH با ضریب همبستگی 0/5، 0/84 و 0/94 به ترتیب برای واقعه اول، دوم و سوم بیشترین همبستگی بین مقادیر مشاهدهای و شبیه سازی شده را دارد. در نتیجه میتوان از مدل GCIUH برای پیشبینی و مدیریت رواناب شهری در منطقه مورد مطالعه استفاده کرد.
مقدمه
با توجه به رشد سریع شهرسازی و شهرنشینی در ایران، مشکلاتی از جمله آبگرفتگی معابر سطح شهر، انتشار آلودگیهای زیست محیطی و خطرات ناشی از گسترش سیلاب به واسطه عدم وجود سیستم زهکشی مناسب و نابسامانی کانالها و مسیلها از معضلات اساسی بسیاری از حوضههای شهری ایران به شمار میآیند و به نظر میرسد تا در سالهای اخیر افزایش ریسک سیلاب در حوضههای شهری را نسبت به حوضههای روستایی شاهد باشیم. پیچیدگیهای موجود در محیطهای شهری و زیر ساختهای زهکشی حوضه-های شهری تأثیر بالقوهای بر رواناب طبیعی دارد
خطر سیلاب شهری و پیچیدگی بالقوه موجود در سیستمهای زهکشی و سیلاب شهری اخیراً بسیار مورد توجه قرار گرفته است
از طرفی برای تعیین آبگرفتگی معابر و تعیین مناطق سیل گیر، آگاهی از هیدروگراف سیل در خروجی حوضه ضروری میباشد. یکی از روشهای پیش بینی هیدروگراف سیل ناشی از بارش مازاد در حوضه استفاده از هیدروگراف لحظهای است. اگر مقدار بارش مازاد معادل یک واحد باشد که در یک لحظه بر روی سطحی اعمال شود یا به عبارتی اگر مدت زمان بارش مازاد بینهایت کوچک باشد هیدروگراف حاصل آن را هیدروگراف واحد لحظهای - Instantaneous Unit Hydrograph - IUH - - نامیده میشود
برتری عمده هیدروگراف واحد لحظهای در مقایسه با یک هیدروگراف واحد، در این است که هیدروگراف واحد لحظهای مستقل از مدت بارش خالص است بنابراین در تحلیل هیدروگراف دارای یک متغیر کمتر میباشد. به علاوه تحلیل ریاضی هیدروگراف واحد لحظهای برای مطالعات و بررسیهای نظری روابط بارش-رواناب در حوضهها امکان پذیر است
تئوری هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفولوژیک - GIUH3 - توسط رودریگوئز-ایتورب و والدرس - 1979 - به عنوان عکسالعمل هیدرولوژیک حوضه نسبت به ورود یک بارش مازاد لحظهای شکل گرفته است - خالقی و همکاران، . - 1389 سپس با توجه به وابستگی هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفولوژیک به سرعت اوج، که تخمین آن دشواری-هایی دارد رودریگوئز-ایتورب و گنزالی-سانابریا - 1982 - بطور منطقی چنین توجیه نمود که سرعت جریان تابعی از شدت و مدت باران موثر بوده، لذا به حذف آن اقدام نمودند. سپس شدت و مدت باران را در روابط منظور نموده و تئوری هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفوکلیماتیک - GCIUH4 - را ارائه کردند.
ادیب و همکاران - 2010 - در تحقیقی مدلهای هیدروگراف واحد لحظهای ژئومورفوکلیماتیک بر مبنای مدل کلارک و مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک بر مبنای مدل ناش را در حوضه کسیلیان مورد ارزیابی و مقایسه قرار دادند که نتایج نشان داد این دو مدل در استخراج هیدروگراف سیلاب دقت و کارایی بالایی را نشان میدهند.
غلامی و همکاران - 1390 - هیدروگراف واحد ژئومورفولوژیکی بر مبنای مخازن خطی آبشاری را در حوضه لیقوان استخراج کردند که نتایج نشان داد مدل ارائه شده با وجود داشتن یک پارامتر، به دلیل بکارگیری خصوصیات ژئومورفولوژیکی حوضه، توانایی مناسبی در شبیه سازی بارش-رواناب دارد. از آنجایی که توسعه و گسترش مدلهای هیدروگراف واحد لحظهای برای حوزههای آبخیز بوده است مطالعات کمی از این روشها برای حوضههای شهری به منظور استخراج هیدروگراف سیل استفاده کردهاند.
به عنوان مثال رودریگز و همکاران - 2003 - برای شبیه سازی رواناب در حوضه شهری از بانکهای اطلاعاتی شهری - UDB - و مدل GIUH استفاده کرد و برای بکارگیری این روش یکسری فرضیات را در نظر گرفت از طرف دیگر این روش به شدت وابسته به کیفیت و کمیت دادههای UDB دارد. رودریگز و همکاران - 2005 - این روش را با مقایسه روشهای معمول در مناطق غیر شهری تکمیل کرد.
Gironas و همکاران - 2009 - مدل هیدروگراف واحد لحظه مورفوکلیماتیک را برای حوضه شهری بر اساس تقریب موج جنبشی ارائه کرده است. این کار بر روی کار قبلی رودریگز و همکاران - 2003 - و مسیر جریان برای هر قسمت از حوضه با استفاده از مدل رقومی ارتفاع دقیق حوضه تعریف میکند.
Gironas و همکاران - 2009 - نشان داد که این روش مناسبتر از روش ضمنی - با استفاده از قوانین هورتون برای مشخص کردن مسیرهای جریان - در حوضه شهری است که دلیل آن پیچیدگی مسیر جریان، امکان منحرف شدن از قوانین هورتون و داده های دقیق سیستمهای زهکشی موجود بوده است.
با توجه به اهمیت آبخیزداری شهری در سالهای اخیر و نبود دادهای هیدرومتری در مناطق شهری لزوم استفاده از مدلهای مختلف در این زمینه ناگزیر است. بنابراین قبل از هر چیز نیاز به سنجش مقدار دقت روشهای مختلف در برآورد مقدار دبی و حجم رواناب در مناطق شهری میباشد. هدف از تحقیق حاضر بررسی صحت و کارایی هیدروگراف واحد لحظهای مورفوکلیماتیک در تعیین شکل و ابعاد هیدروگراف خروجی از حوضه شهری شهرک امام علی - ع - شهر مشهد و مقایسه آبنمود این مدل با دادههای مشاهدهای جهت برآورد حجم سیلاب خروجی حوضه مذکور میباشد.
