بخشی از مقاله
چکیده
اطلاعات از نرخ تغییرات بیلان آبی ناشی از نزولات جوی و تغییرات کمی آن در زمان و مناطق مختلف یکی از پایههای مهم برنامهریزی آب میباشد. ضرورت آگاهی از وضعیت بیلان آبی حوزههای آبخیز مختلف برای اجرای طرحهای آبی از یک سو و عدم وجود تشکیلات منسجمی به منظور ثبت تغییرات سیستم هیدرولوژیکی حوزههای آبریز کشور، اهمیت استفاده از فناوریهای نوین برای شبیهسازی مولفههای بیلان آبی حوزههای آبخیز به ویژه در مقیاس زمانی کوتاه را بیش از پیش آشکار میسازد.
در این مطالعه با استفاده از قابلیتهای مدل هیدرولوژیکی- توزیعی WetSpa و تکنیکهای GIS، محاسبه بیلان آبی سه ساله - 2002-2005 - به صورت روزانه انجام شد. نتایج این مقایسه انطباق بسیار مناسبی بین بارندگی و رواناب مشاهداتی و شبیهسازی شده کل دوره را را نشان داد. بنابراین ضمن محاسبه و شبیهسازی مولفههای بیلان آبی نظیر بارندگی، ذخیره برگابی، نفوذ، تبخیر و تعرق، رواناب سطحی، جریان زیرسطحی، جریان زیرزمینی و رواناب کل در گام زمانی روزانه در حوزه آبخیز بالادست سد کرج با وسعت 694 کیلومترمربع نسبت به تجزیه و تحلیل این مولفهها اقدام گردید.
.1 مقدمه
ارزیابی و مدیریت کیفیت و کمیت منابع آب به صورت مکانی و زمانی در راستای بهرهبرداری بهینه از این منابع ضرورت دارد. اولین گام در بهرهبرداری و مدیریت مناسب منابع آب، آگاهی از میزان ورودی و خروجی سیستم آبخیز به عبارتی منبع، مصرف و ذخیره آب میباشد. سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل های هیدرولوژیکی- توزیعی در شبیه سازی دینامیکی مسائل هیدرولوژیکی از جمله بیلان آبی، کمک به فرآیندهای تصمیمگیری و ارائه راهکارهای مدیریتی کاربرد فراوان دارند.
مقدار و شدت رواناب در مقیاس حوزه با توزیع مکانی سطوح نفوذناپذیر- پوشش غالب سطح زمین در آبخیزهای شهری- در ارتباط نزدیک است و میتواند با مدلهای هیدرولوژیکی- توزیعی برآورد شود .[1] توسعه سطوح نفوذناپذیر با تاثیر در هیدرولوژی، اکولوژی و کیفیت رودخانه به عنوان یک شاخص وضعیت سلامت آبخیز در حوزههای آبخیز شهری تلقی می-شود . [2] از طرفی از بین رفتن پوشش گیاهی، توسعه شهرها، کاهش تغذیه آبهای زیرزمینی و افزایش سیلابهای شدید در حوزهها خسارات غیرقابل جبرانی را به بار میآورد. جهت تجزیه و تحلیل این مشکل، برنامهریزی و پایش مدیریت منابع آبهای شهری به آگاهی و اطلاع دقیق و کافی در رابطه با محیط زیست آبخیز شهری نیاز میباشد .
[2] مدلهای بیلان آب زیادی وجود دارد که در پیچیدگی، دقت، نوع کاربرد و محاسبه هر یک از مولفههای بیلان آب تفاوت دارند. با استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی- فیزیکی بر پایه GIS مانند WetSpa میتوان روشی با دقت و کارآیی بالا جهت برآورد دبی، نفوذ و تبخیر در حوزههای آبخیز دارای کمبود آمار و ایستگاههای آبسنجی ارائه داد. در مطالعه حاضر ضمن اجرا و واسنجی مدل WetSpa در حوزه آبخیز کرج تمامی مولفههای بیلا آبی نظیر بارش، ذوب برف، ذخیره چالابی، ذخیره برگابی، رواناب سطحی، نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی، جریان زیرسطحی، جریان آب زیرزمینی شبیهسازی شدند. سپس برای ارزیابی دقت نتایج، بعد از شبیهسازی مولفههای بیلان آبی در گام زمانی روزانه حوزه از معیار ارزیابی نش- ساتکلیف برای مقایسه جریان رودخانه شبیهسازی شده و مشاهداتی در خروجی حوزه استفاده شد.
.2 مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
حوزه آبخیز بالادست سد کرج قسمتی از دامنه جنوبی ارتفاعات البرز را شامل میشود. در شمال غرب استان تهران و بین طول شرقی 51 5' 38 تا 51 30' 57 و عرض شمالی 35 52 56 تا 36 11 49واقع شده است. این حوزه در تقسیم بندی حوزه های آبخیز کشور جزیی از بزرگ ترین حوزه های دریاچه نمک میباشد مساحت کل محدوده مورد مطالعه 693/83 کیلومتر مربع میباشد. شکل 1 موقعیت حوزه آبخیز کرج را در استان البرز و کشور ایران نشان میدهد.
دادهها و تکنیک کار
مدل WetSpa، توسط Wang و همکاران - 1996 - ابداع و سپس توسط De Smedt و همکاران - 2000 - و Liu و همکاران - 2003 - برای پیشبینی سیل و زینیوند و - 2009 - De Smedt به منظور شبیهسازی فرسایش و انتقال رسوب توسعه داده شد. مدل WetSpa که یک نوع مدل توزیعی هیدرولوژیکی است که باران اصلیترین ورودی قسمت هیدرولوژیکی مدل است. در این مدل از سه نقشه رقومی پایه نظیر مدل رقومی ارتفاع، کاربری اراضی و بافت خاک در محیط توانمد GIS پارامترهای هیدرولوژیکی توزیعی مورد نیاز مدل استخراج میگردد.
سپس مدل با استفاده از این پارامترها و دادههای بارندگی، تبخیر و تعرق و درجه حرارت اندازهگیری شده - در صورت وجود برف در منطقه - میزان دبی و مولفههای بیلان آبی در هر نقطه حوزه و در نهایت خروجی آن را شبیهسازی و محاسبه مینماید. در این تحقیق با استفاده از مدل WetSpa و سه نقشه نامبرده و همچنین جداول مرجع موجود در مدل، ضمن اجرای کامل آن و واسنجی در آبخیز مورد نظر، جریان رودخانه شبیهسازی شده و نهایتا مقادیر کلیه مولفههای بیلان آبی روزانه و همچنین مقادیر بیلان آبی برای کل دوره شبیهسازی شد. در این تحقیق همچنین از دادههای سه ساله - 2002 -2005 - مربوط به بارندگی، تبخیر، دما و دبی روزانه استفاده شد. در اشکال2، 3 سه نقشه اصلی ورودی مدل آورده شده است.
بیلان آب
بررسی بیلان آب در واقع بررسی آب از هنگام ورود به سیستم آبریز به صورت بارش و حوادث و مسیر اتفاقاتی است که در مورد آن میافتد. در میان مولفههای سیستم، میزان آب خاک به عنوان متغیر حالت مهم داخل و خارج از زون ریشه - نفوذ، تبخیر و تعرق، آبگذری و جریان زیرسطحی - و بیلان انرژی در سطح زمین تغییر میکند. ذخیره برگابی، چالابی، رطوبت خاک و آبهای زیرزمینی به صورت چهار حجم کنترل مجزا ولی در ارتباط با هم عمل میکنند. بارش به عنوان ورودی سیستم و رواناب مستقیم، جریان زیرسطحی،جریان آبهای زیرزمینی و تبخیر و تعرق خروجی سیستم میباشد.
