بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از قابلیت های مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی WetSpa و نرم افزار GIS، ابتدا اقدام به شبیه سازی رواناب هفت ساله - 2011 - 2004 - حوزه آبخیز خرم آباد به صورت روزانه شد، سپس موازنه بیلان آبی کل دوره نیز برقرار شد. مدل با در نظر گرفتن حوزه به صورت شبکه سلولی 100*100 متر و با استفاده از نقشه های مدل ارتفاع رقومی، کاربری اراضی و بافت خاک و داده های ورودی بارش، تبخیر و تعرق، دما و دبی روزانه اجرا شد.
در ادامه برای ارزیابی کارایی مدل، مقادیر شبیه سازی شده با استفاده از آمار مشاهده ای بارندگی، تبخیر و تعرق و رواناب کل در طی دوره مذکور که در ایستگاه های هواشناسی اندازه گیری شده اند مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج این محاسبه انطباق مناسبی بین رواناب مشاهداتی و شبیه سازی شده را نشان داد. به طوری که معیار آماری ناش- ساتکلیف در طی دوره واسنجی بالای83 درصد را نشان می دهد بنابراین در این تحقیق، ضمن محاسبه و شبیه سازی مولفه های بیلان آبی نظیر بارندگی، ذخیره برگابی، نفوذ، تبخیر و تعرق، رواناب سطحی، جریان زیرسطحی، جریان زیرزمینی و رواناب کل حوزه در گام زمانی روزانه در حوزه آبخیز خرم آباد با وسعت 2482 کیلومتر مربع در استان لرستان، نسبت به محاسبه این مولفه ها اقدام گردید.
.1 مقدمه
شبیه سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی با مدل های توزیعی- مکانی و فن GIS به طور فزآینده ای قابل استفاده و عمومی شده است. این مدل ها توانایی پیش بینی سیل، تاثیرات تغییر اقلیم و کاربری اراضی بر سیلاب های احتمالی در مدیریت حوزه های آبخیز بحث برانگیز اند.
به علت تغییرات زمانی و مکانی عوامل موثر در چرخه آب حوزه های آبخیز طبیعی، شناخت همه مولفه های چرخه آب از طریق تحلیلی یا تئوری، وقت گیر و اغلب غیر ممکن است. مدل های هیدرولوژیکی برای غلبه بر این مشکل بوجود آمده اند ودر سطح حوزه های آبخیز دنیا به کار گرفته شده اند، با استفاده از این مدل ها تغییرات مولفه های زیادی از چرخه پیچیده آب بررسی شده است
بسیاری از محققین - مدمنت و همکاران، - 1999 همواره تلاش کرده اند که با توجه به توانمندی بسته نرم افزاری - GIS - به دلیل متکی بودن به سیستم های کامپیوتری در عصر حاضر تا حدودی به حل معضلات و مشکلات مربوط به منابع آب بپردازند، به طوری که کاربرد - GIS - در تهیه داده های مورد نیاز جهت مدلسازی هیدرولوژیکی با گسترش چشم گیری در چند سال اخیر مواجه بوده است، برای اینکه کارهای تحقیقی با دقت زیاد و بدون اتلاف وقت و به آسانی انجام می گیرد .
WetSpaیک مدل هیدرولوژیکی- توزیعی بر پایه GIS میباشد که در مقیاس حوزه عمل کرده و برای پیشبینی سیلاب و مدیریت حوزه آبخیز توسعه یافته است. مدل فیزیکی بوده و قادر است فرایندهای هیدرولوژیکی بارش، ذوب برف، ذخیره برگابی، ذخیره چالابی، رواناب سطحی، نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی، جریان زیر سطحی، جریان آب زیرزمینی و... را به طور پیوسته در زمان و مکان شبیهسازی نموده و تعادل آب و انرژی را در هر سلول رستری برقرار نماید.
رواناب در طول مسیر خود با استفاده از روش معادلات موج پخشی روندیابی میگردد که وابسته به شیب، سرعت و خصوصیات مسیر جریان بوده و قادر است دبی جریان را در هر نقطهای از پایین دست که جریان به هم میپیوندد، پیشبینی نماید. مدل برای بررسی توزیعی- مکانی خصوصیات ژئوفیزیکی و هیدرولوژیکی حوزه آبخیز محسوب شده و بنابراین برای مطالعه تأثیر تغییر کاربری در رفتار هیدرولوژیکی حوزه رودخانه مناسب میباشد
زینی وند و دسمت - 2008 - شبیه سازی تجمع و ذوب برف را با کاربرد مدلWetSpa و استفاده از دو روش درجه - روز و بیلان انرژی در حوزه لتیان تست کردند. مقایسه نتایج مدل عملکرد خوب و رضایت بخش این دو روش و ضریب کارایی نش- ساتکلیف حدود 80 درصد قابلیت و دقت بالای مدل را نشان می دهد.
مرادی پور و همکاران - 1390 - با استفاده از مدل هیدرولوژیکی WetSpa به بررسی قابلیت شبیه سازی بیلان آبی در مقیاس حوزه در آبخیز طالقان از زیرحوزه های سفیدرود پرداختند. واسنجی و اعتبارسنجی مدل با معیار ارزیابی نش-ساتکلیف به ترتیب 84 و 85 درصد بیانگر قابلیت بالای مدل در برآورد مؤلفه های هیدرولوژیک و به تبع آن شبیه سازی دقیقتر بیلان آبی می باشد.
از آنجایی که ارزیابی توزیع مکانی و زمانی مؤلفه های بیلان آبی برای مشخص کردن مناطق بحرانی، به منظور مدیریت و برنامه ریزی منابع آب هر منطقه ضروری است و برای مدیریت صحیح حوزه های آبخیز، نیاز به اطلاعات جامع و کاملی از روش های مدیریتی و اجرایی متفاوت می باشد. برای این منظور در تحقیق حاضر اقدام به شبیه سازی بیلان آبی حوزه آبخیز خرم آباد به کمک مدل WetSpa کردیم، تا برنامه ریزی و مدیریت منابع آب حوزه آبخیز خرم آباد را از طریق شناسایی مناطق بحرانی اولویت بندی کنیم.
.2 مواد و روش ها
.1-2 موقعیت منطقه مورد مطالعه
حوزه آبخیز خرم آباد با مساحت 2482 کیلومتر مربع در استان لرستان با موقعیت جغرافیایی 48 درجه و 21 دقیقه تا 49 درجه و 8 دقیق طول شرقی و 33 درجه و 13 دقیقه تا 33 درجه و 44 دقیقه عرض شمالی واقع شده است. رودخانه خرم آباد با طول آبراهه اصلی حدود 73/3 کیلومتر پس از عبور از شهر خرم آباد و دشت جنوبی آن، و پس از دریافت آب از شاخه های فرعی مختلف در نهایت به رودخانه کشکان می ریزد. موقعیت حوزه آبخیز رودخانه خرم آباد در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل - 1 - موقعیت حوزه آبخیز خرم آباد در استان لرستان و در ایران
.2-2 ورودی مدل
نقشههای رقومی مدل ارتفاع رقومی، بافتخاک و کاربری اراضی حوزه و سریهای زمانی بارش، تبخیر، دما - در صورتی که بارش به صورت برف باشد - ورودیهای اصلی مدل هیدرولوژیک WetSpa میباشند. داده دبی و غلظت رسوب به صورت انتخابی برای واسنجی مدل مورد نیاز میباشد.
.3-2 نقشه ارتفاع رقومی
از این نقشه میتوان پارامترهای مؤثر در فرآیندهای هیدرولوژیک شامل جهت جریان، تجمع جریان، طول جریان، شیب، طول آبراهه، شبکه آبراهه، شعاع هیدرولیکی و غیره را استخراج کرد. خطا در تهیه این نقشه در نتایج مدل اثرات منفی خواهد داشت. شکل - 2 - مدل رقومی ارتفاعی حوزه آبخیز خرم آباد، با کمترین ارتفاع 964 در خروجی حوزه و بیشترین ارتفاع 2963 متر با اختلاف ارتفاع 2000 متری را نشان می دهد.
.4-2 نقشه پوشش اراضی
در مدل WetSpa نوع پوشش گیاهی بر اساس سیستم طبقهبندیIGBP توصیف شده است. هفده طبقه پوشش اراضی بر اساس پوشش فیزیکی و بیوفیزیکی مشاهده شده در سطح زمین و همچنین کاربرد و هدف واقعی استفاده فعلی از زمین در مدل متمایز شده است. شکل - 3 - نقشه کاربری اراضی را نشان می دهد.
