بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به کاهش منابع آب و بحران آبی موجود توجه به مدیریت صحیح یکپارچه منابع آب بخصوص در مناطق مرزی امری مهم و ضروری میباشد. یکی از اقدامات اساسی در این زمینه آگاهی از میزان بارش و رواناب و روند تغییرات آن در محدوده حوضههای آبریز است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی روند تغییرات بارش-رواناب در حوضهی سد دوستی با استفاده از مدل HEC-HMS میباشد.
در این خصوص دادههای مشاهداتی بارش و رواناب، دوره آماری 2004-2009 - برای واسنجی - و سالهای 2010-2013 برای صحتسنجی شبیهسازی شد. در این رابطه، برای روش SMA، پارامترهای ذخیره خاک، نرخ نفوذ خاک، ضریب ذخیره لایههای زیرزمینی اول و دوم و سایر پارامترهای مربوطه واسنجی شدند . در تعیین عملکرد مدل، از معیارهای ضریب تعیین - R2 - ، ضریب نش- ساتکلیف - E - ، خطای Bias و RMSE استفاده شد. نتایج نشان داد مدل، در سال 2011 - دوره صحت-سنجی - ، با ضریب تعیین 0/89، ضریب نش- ساتکلیف 0/88، معیارهای خطای 0/16 و 0/5 بهترین عملکرد را دارد. به طور کلی نتایج مدل HEC-HMS ارائه شده در این تحقیق، ابزار قابل قبولی جهت پیشبینی رواناب پیوسته در حوضه سد دوستی میباشد.
مقدمه
اکو سی ستم های خ شک همواره دارای م شکلات آبی ب سیاری ه ستند. با توجه به اینکه ایران با دا شتن متو سط بارندگی 252 میلیمتر در سال که کمتر از یک سوم متوسط جهانی است در این کمربند اقلیمی واقع است لذا کمبود بارندگی در آن یک واقعیت ذاتی هیدرولوژیکی میباشد که نیازمند مدیریت یکپارچه و برنامهریزی درست در راستای بهره مندی از آب ا ست .[1] در مناطق خ شک ریزش نزولات جوی هم سو با نیازها نی ست که این عامل از ویژگیهای مناطق خ شک ا ست و تاثیر زیادی بر چرخه هیدرولوژیکی و منابع آب دارد.
شناخت هیدرولوژی مناطق خشک لازمه شناخت این محیط ها و ت شخیص آ سیب پذیری آنها به تغییر ا ست. آ شکار ا ست که مدیریت موثر منابع آب ضروری ا ست که این نیازمند سامانهی پ شتیبانی ت صمیم گیری شامل ابزارهای مدل سازی ا ست. مدل سازی بارش رواناب پیو سته در این حو ضه ها کاری چالش برانگیز است چرا که داده های شدت بارش برای محاسبه نفوذ و بارش مازاد در حکم داده های مهم ورودی هستند، اما توزیع مکانی بارندگی در سطح حوضه اغلب به خوبی با باران سنج نشان داده نمیشود .[2]
مناطق خشک و نیمه خشک که میزان بارش سالانه آن کمتر از 250 و 250-500 میلیمتر در سال است در معرض آسیب این تغییرات اقلیمی قرار دارند، به علاوه ماهیت غیرخطی فرآیند بارش- رواناب در این مناطق خ شک پیش بینی اثرات تغییر در بارندگی را د شوار کرده ا ست .[3] بنابراین نیاز به سیستم مدلسازی شامل مدل غیرخطی از فرآیندهای هیدرولوژیکی در مناطق نیمه خشک وجود دارد .[4]
در سالهای اخیر، بحران آب و منابع آبی در سطح جهان مورد توجه بین مجامع بینالمللی واقع شده و به مسالهای کاملا امنیتی تبدیل شده است، که میتواند حتی در تعیین وضعیت جنگ یا صلح میان کشورها تاثیرگذار باشد. لذا تحقیقات حول محور منابع آب بسیار اهمیت یافته است. دو استان خراسان رضوی و خرا سان جنوبی در سالهای اخیر به علت کمبود بارش سالانه و فشار بر منابع زیرزمینی به شدت از لحاظ منابع آبی دچار خسارتهای سنگینی شدهاند. خراسان رضوی با 225 میلیمتر و خراسان جنوبی با 140 میلیمتر در سال دارای اقلیمی خشک بوده و لذا بیش از 80 درصد بارش سالانه در سطح این ا ستانها به صورت تبخیر و تعرق از د سترس خارج می شوند.
برآورد مولفههای مختلف بیلان آب در مقیاس های مکانی بزرگ به دلیل واقع بودن بی شتر م ساحت حو ضه در ک شورهای هم سایه و عدم در اختیار بودن دادهای منا سب، همواره با م شکلات فراوانی روبرو بوده ا ست. با توجه به پیچیدگیها و تخمینهای موجود در تهیه آمار و اطلاعات لازم و روشهای محاسباتی موجود، مدلهای بارش رواناب از جمله سیستم مدلسازی حوضه آبریز هستند که، برای شبیه سازی هیدرولوژیک حو ضههای آبریز و ا ستخراج هیدروگراف سیل به ویژه در حو ضههای آبریز فاقدآمار آبدهی بکار گرفته میشوند.
با استفاده مدل HEC-HMS به تخمین سیلاب حوضه آبریز قروه واقع در استان کردستان، پرداخته شد. در این راستا 4 رگبار انتخاب و توسط نرم افزار HEC-HMS و با استفاده از روش تجربی SCS هیدروگراف سیل حوضه شبیه سازی شد. شماره منحنی، زمان تأخیر و میزان تلفات توسط نرم افزار مورد واسنجی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نرم افزار مورد نظر یک ابزار مفید جهت تخمین دبی اوج سیلاب در نقاط فاقد آمار حوضههای آبریز خواهد بود .]5[
>6@ برای مدلسازی بارش-رواناب در یک حوضه کوچک در مالزی از مدل HEC-HMS استفاده کردند و نتایج آن را در هر دو مرحله صحتسنجی و اعتبارسنجی رضایتبخش اعلام نمودند. > 7@ در مطالعهای کالیبراسیون خودکار مدل مفهومیHEC-HMS با استفاده از الگوریتمهای ژنتیک1برروی حوضه تمر از زیرحوضههای استان گلستان مورد توجه قراردادند. دراین راستا استفاده از دو مدل تلفات شامل روش سازمان حفاظت خاک آمریکا - SCS - و روش گرین- امپت2 در کالیبرا سیون مدلهای رخداد پایه برای شبیه سازی بارش و رواناب برر سی و مقای سه شده ا ست. >8@ در تحقیقی برای پیشبینی جریان حوضه دوآب مرک از زیرحوضههای کرخه، از مدل پیوسته HEC-HMS استفاده کردند.
در این تحقیق از نتایج مدلهای عددی پیشبینی آب و هوا در اقلیم خ شک و نیمه خ شک و الگوریتم PERSIAN ا ستفاده شد. از آنجا که بسیاری از پارامترهای موجود در الگوریتمSMA 3 ارتباط خوبی با روش شماره منحنی - CN - دارند، مدل ابتدا به صورت تک واقعهای با روش تلفات شماره منحنی، واسنجی شد و نتایج آن در روش SMA مورد استفاده قرار گرفت.]9[ در تحقیقی با استفاده از مدل HEC-HMS در حوضهای در هند الگوریتم SMA را به کار بردند. تحلیلهایی که توسط ایشان صورت گرفت، نشان داد که پارامترهای خاک مانند ذخیره خاک4 و ضریب ذخیره لایه زیرزمینی اول5، پارامترهای حساس برای شبیهسازی جریان در این حوضه هستند.
با توجه به اینکه بعضی حوضههای آبریز کوچک معمولا فاقد ایستگاههای آبسنجی و یا دارای نواقص آماری هستند، نیاز به انتخاب روشهای مناسب با توجه به شرایط و خصوصیات حوضه میباشد. انتخاب و صحت روشهای انجام شده بستگی به نوع و شکل اطلاعات موجود و مکانیزم رواناب دارد .[10] [11] در مطالعهای، شبیه سازی بارش- رواناب را با بکارگیری قابلیتهای GIS، روش SCS و مدل HEC-HMS برای حوضه آبخیز کسیلیان، واقع در استان مازندران ارائه دادند و با بکارگیری چندین واقعه بارش و آبنگار سیلاب واقعی، واسنجی زمان تاخیر و هدر رفت اولیه زیرحوضهها صورت پذیرفت. نتایج پژوهش در مورد پیشبینی آبنگار سیلاب در دو رویداد بسیار مناسب بوده و خطای تخمین اوج سیلاب به طور میانگین بین 10 تا 15 درصد بوده که مقادیر قابل قبولی میباشند.
با توجه به اهمیت منابع آب و م سائل و م شکلات موجود در این زمینه در محدوده شهر م شهد و از آنجایی که ق سمت اعظم آب مورد نیاز این شهر از طریق سد بینالمللی دوستی تامین میگردد، در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از مدل بارش- رواناب HEC-HMS، به بررسی روند تغییرات بارش- رواناب در حوضه این سد مهم پرداخته شود. هدف از این تحقیق معرفی مدل HEC-HMS ، به عنوان یک ابزار مفید جهت مدل سازی هیدرولوژیکی بارش-رواناب در مناطق نیمه خشک به خصوص مناطقی که با کمبود داده مواجه هستند، میباشد.
مواد و روشها
معرفی منطقه مورد مطالعه: رودهای بین المللی به راههای آبی گفته میشوند که از مرز بین دو یا چند کشور عبور کرده و نوار مرزی کشورها را مشخص میسازند اساسا وجود منابع آبی مشترک، طیف گستردهای از سازگاری و همکاری کامل تا ناسازگاری و جنگ را در بر میگیرد.[12] رودخانهی هریرود از ارتفاعات هندوکش در خاک افغانستان سرچشمه گرفته، پس از طی 900 کیلومتر به مرز ایران میرسد و بعد از طی حدود 240 کیلومتر از طریق مرز شهر مرزی سرخس به خاک ترکمنستان وارد میگردد.
این رودخانه پرآّبترین رودخانهی خراسان و دارای رواناب متوسط یک میلیارد مترمکعب است - وزارت نیرو، شمارهی . - 5297 سد دوستی در مرز ایران و ترکمنستان بر روی رودخانهی هریرود در 75 کیلومتری شهرستان سرخس در شمال شرق استان خراسان احداث شده است. سد دوستی از نوع خاکی سنگریزهای با هستهی رسی است که ارتفاع آن از پی 78 متر، طول تاج 15 متر، حجم کل مخزن 1 میلیارد و 250 میلیون مترمکعب و حجم آب قابل تنظیم سالانه 820 میلیون مترمکعب است .[12] سد مذکور با هدف تامین قسمتی از آب شرب شهر مشهد، تامین بخشی از آب مورد نیاز جهت کشاورزی اراضی دشت سرخس، مهار سیلاب، جلوگیری از خسارت سیل و فرسایش رودخانه به بهرهبرداری رسیده است.
