بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق براي شبیه سازي جریان روزانه در حوزه آبخیز حاجی قوشان از مدل WetSpa استفاده گردیده است. WetSpa یک مدل هیدرولوژیکی- توزیعی بر پایه Sقچ میشباشد که در مقیاس حوزه عمل کرده و براي پیشبینی سیلاب و مدیریت حوزه آبخیز توسعه یافته است. مدل از لایههاي توپوگرافی، کاربري و خاك وهمچنین آمار هواشناسی روزانه براي پیشبینی هیدروگرافهاي سیل و توزیع مکانی پارامترهاي هیدرولوژیکی حوزه استفاده مینماید. مدل براي محاسبه رواناب از روش استدلالی اصلاح شده و براي تخمین رواناب ناشی از ذوب برف از روش ضریب روز - درجه استفاده مینماید. جریان زیر سطحی بر مبناي قانون دارسی و معادله موج سینماتیکی محاسبه میشود. در حالیکه جریان آب زیرزمینی با استفاده از روش مخزن خطی و در مقیاس زیر حوزه هاي کوچک تعیین میشود. رواناب در مسیر خود با استفاده از روش معادلات موج پخشی روندیابی میشود و قادر است دبی را در هر نقطهاي از پایین دست که جریان به هم میپیوندد، پیشبینی نماید. نتایج شبیهسازي حاکی از تطابق خوب بین هیدروگرافهاي محاسبه شده و مشاهدهاي بودند و مدل قادر است هیدروگرافهاي روزانه را با دقت خوب و با ضریب ناش – ساتکلیف 65 درصد پیشبینی نماید.
کلمات کلیدي: مدلسازي حوزه، WetSpa، سیستم اطلاعات جغرافیایی، رواناب، پیشبینی سیلاب
-1 مقدمه
مدلسازي بارش- رواناب همواره یک نیاز مهم و مداوم براي مسائل کاربردي در زمینههاي ارزیابی منابع آب، پیشبینی سیل، طراحی کانالهاي مهندسی و بسیاري مقاصد دیگر میباشد - بون،. - 2001 عکس العمل حوزه در برابر پدیده بارندگی به علت وجود عوامل هیدرولوژیکی گوناگون بسیار پیچیده است. پیشبینی دبی پیک و شبیهسازي هیدروگراف سیلاب در یک جریان آبراههاي یا رودخانهاي، یکی ازفرایندهاي پیچیده در هیدرولوژي کاربردي میباشند که علت آن را میتوان در تغییرات مکانی و زمانی دادههاي هواشناسی، توپوگرافی، کاربري و خاك جستجو نمود.
مدلهاي هیدرولوژیکی سنتی، معمولاً جزء دسته مدلهاي یکپارچه1 میباشند در این مدلها تمام و یا قسمتی از حوزه کهویژگیهاي همگن داشته باشند، در نظر گرفته میشود و متغیرها و پارامترهاي ورودي به صورت متوسط بیان میگردد و تغییرات مکانی در نظر گرفته نمیشود - لیو و همکاران، . - 2005a
اما در مقابل آنها مدلهاي توزیعی2 میباشند که یکی از مزایاي این مدلها این است که در آنها توزیع مکانی عوامل موثر در رویداد مورد نظر در نظر گرفته میشود. در این مدلها حوزه به واحد کوچکی تقسیم میشود و براي هر کدام به صورت مستقل مدلسازي صورت میگیرد و سپس با ترکیب آنها با هم، پاسخ حوزه اصلی محاسبه میشود - تلوري،. - 1375 به همین علت طی سالهاي اخیر مدلهاي هیدرولوژیکی توزیعی به عنوان یک روش دقیقتر در پیشبینی سیلاب و محاسبات بارندگی - رواناب مورد استفاده قرار گرفتهاند.همانطور که در بالا ذکر شد، تنوع عوامل موثر بر خروجی حوزه آبخیز، مدلسازي را پیچیده میکند. سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - یکی از تکنیکهاي عصر حاضر است که توانایی تحلیل، نتیجهگیري، گزارش و تهیه نقشههاي دقیقتري در مقایسه با روشهاي دستی را دارا میباشد
. در چند سال اخیر به کارگیري سیستمهاي اطلاعات جغرافیایی در تهیه دادههاي مدلهاي توزیعی با گسترش چشمگیري روبرو بوده است. ارتفاع، شیب و جهت جریان از جمله دادههاي توزیعی مورد نیاز این مدل ها میباشند که در قالب نقشههاي با مقیاس مناسب، بیان میشود. دراین تحقیق از مدل WetSpa که یک مدل هیدرولوژیکی توزیعی براي پیشبینی سیلاب میباشد، استفاده میشود. این مدل اولین بار توسط ونگ و همکاران - 1996 - ابداع و سپس توسط دياسمت و همکاران - 2000 - و لیو وهمکاران - 2003 - توسعه پیدا کرده است. مدل فیزیکی بوده و قادراست فرایندهاي هیدرولوژیکی بارش، ذوب برف، ذخیره برگابی، ذخیره چالابی، رواناب سطحی، نفوذپذیري، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی، جریان زیر سطحی، جریان آب زیر زمینی و... را به طور پیوسته در زمان و مکان شبیهسازي نموده و تعادل آب و انرژي را در هر سلول راستري برقرار نماید.
با گسترش GIS و تکنولوژي سنجش از دور، امکان دسترسی گسترده و مدیریت بر پارامترها و متغیرهاي هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی میسر گردیده است. ساختار مدلهاي هیدرولوژیکی توزیعی طوري طراحی شده است که در آنها خصوصیات حوزه از قبیل توپوگرافی، نوع خاك، کاربري، تراکم شبکه آبراهه، درجه اشباع خاك و خصوصیات بارش درنظر گرفته شده است و مزیت این مدلها این است که دادههاي مورد نیاز آنها در قالب GIS قابل استفاده میباشند. برخلاف مدلهاي رویدادي، مدل مذکور قادر به شبیهسازي یک سري زمانی به طور کامل وپیوسته میباشد - لیو و دياسمت،. - 2004 هدف از انجام این تحقیق بررسی میزان کارایی مدل در پیشبینی جریان در خروجی حوزه آبخیز حاجی قوشان میباشد.
نتایج حاصل از شبیهسازي رواناب با استفاده از مدل WetSpa در مطالعات انجام شده نشان میدهد که مدل به خوبی قادر به شبیهسازي جریان آبراهه و هیدروگرافهاي سیل میباشد. تاکنون در دنیا، این مدل در تحقیقات متعددي از قبیل حوزه باربیک در بلژیک - دياسمت و همکاران، - 2000، حوزه رودخانه آلزت در لوکزامبورگ - لیو و همکاران ، - 2003، حوزه کارستی سومویی در ویتنام - لیو و همکاران، - 2005b، حوزه آبخیز هورناد دراسلواکی - بهرهمند و همکاران، - 2005، حوزه رودخانه تیزا - کورلی و همکاران، - 2005، حوزه رودخانه مارجنسی در اسلواکی - زینیوند ودي اسمت، - 2009، حوزه رودخانه گرگانرود - کبیر وهمکاران، - 2011 و... مورد مطالعه قرار گرفته است.
مرور نتایج حاصل از این مطالعات نشان میدهد که مدل به خوبی قادر به اداره فرایندهاي هیدرولوژیکی، درشرایط گوناگون توپوگرافی، خاك، کاربري، مساحت و... بوده و در این زمینه از توانایی بالایی برخوردار است. هدف اصلی از انجام این تحقیق، بررسی عملکرد مدل WetSpa براي شبیهسازي رواناب در حوزه آبخیز میباشد .به طور کلی اهداف مدل WetSpaرا میتوان به صورت زیر خلاصه نمود: -1 ارائه یک روش مفهومی بر پایه GIS، براي پیشبینی سیلاب و مدیریت آبخیز در مقیاس حوزه که قابلیت مطابقت با تکنولوژي GIS و اطلاعات سنجش از دور را دارا باشد.-2 قابلیت شبیهسازي توزیع مکانی فرایندهاي هیدرولوژیک در حوزه از قبیل رواناب، رطوبت خاك، ذخیره برگابی، ذخیره چالابی، تغذیه آب زیرزمینی، ذوب برف و .... را داشته باشد.-3 قادر به بررسی تاثیر تغییرات کاربري اراضی و آب و هوایی بر فرایندهاي هیدرولوژیک باشد.
-2 مواد و روشها
معرفی منطقه مورد مطالعه
حوزه آبخیز مورد مطالعه جزئی از حوزه آبخیز گرگانرود را شامل میشود که از نظر تقسیمات استانی جزئی از استان گلستان بوده و از نظر مختصات جغرافیایی محدود به طولهايً36°-45 ًو37°-48 شرقی و عرض هايً54°-36 و56°-28 شمالی میباشند و شاخه اصلی آن از شرق به غرب جریان دارد - مدیریت آبخیزداري استان گلستان ،. - 1376درشکل 1 موقعیت حوزه آبخیز مورد مطالعه در ایران و استان گلستان به نمایش گذاشته شده است.
خلاصه مراحل انجام تحقیق
-1 جمع آوري اطلاعات پایه از طریق نقشه هاي حوزه وگزارشات موجود
-2 بازدید از حوزه و مشاهده ایستگاههاي باران سنجی، فلوم ها و کنترل کلی عملکرد فعلی آنها
-3 تهیه مدل ارتفاعی رقومی ارتفاع - DEM - حوزه
-4 تهیه نقشههاي پایه حوزه و تطبیق نقشهها و اطلاعات موجود با مطالعات صحرایی
-5 تهیه آمار و اطلاعات بارندگی ثبت شده در ایستگاههاي باران سنجی حوزه مورد مطالعه از سازمان آب منطقه اي استان گلستان
-6 جمع آوري آمار هیدرومتري اندازه گیري شده در حوزه
-7 جمع آوري اطلاعات و آمار دراز مدت تبخیر و تعرق از سازمان آب منطقه اي استان گلستان
-8 بررسی دادههاي مورد نیاز از جمله داده هاي اندازه گیري شده و تعیین دوره آماري مشترك مناسب و آماده سازي آنها به عنوان ورودي مدل
-9 به کارگیري سیستم اطلاعات جغرافیایی به منظور پردازش و آماده سازي نقشه هاي لازم و استخراج اطلاعات مورد نیاز براي اجراي مدل
-10 اجرا و واسنجی مدل WetSpa وهمچنین ارزیابی کارایی مدل با روشهاي ریاضی وگرافیکی.
