بخشی از مقاله
چکیده
مدلهای هیدرولوژیکی جهت پیشبینی رواناب و فرسایش خاک حائز اهمیت فراوانی میباشند.تغییر در میزان رواناب تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار میگیرد. مدل هیدرولوژیکی-توزیعی وتسپا - WetSpa - توانایی شبیهسازی جریان رودخانه و غلظت رسوب معلق را با تغییر سناریوی کاربری و کیفیت آب دارد.
برای این منظور در این مطالعه توانایی مدل هیدرولوژیکی-توزیعی وتسپا - WetSpa - در شبیهسازی جریان رودخانه در گام زمانی روزانه بررسی گردید. از دادههای اقلیمی یک دوره آماری 6 ساله 1383 - تا - 1389 شامل: بارش، دما، تبخیر، دبی و رسوب معلق و 3 نقشه مرجع مدل رقومی ارتفاعی - DEM - ، بافت خاک و کاربری اراضی با دقت اندازه سلول 100 متری برای حوزه آبخیز خرمآباد استفاده شد. نتایج حاصل از کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل که به ترتیب 71/45 و 62/26 درصد است، که نشان میدهد مدل توانایی بالای در شبیهسازی رواناب را در حوزه آبخیز خرمآباد دارا میباشد.
مقدمه
بررسی و شبیهسازی میزان رواناب همواره یکی از مسائل مهم پیش روی مدیران و تصمیمگیرندگان بوده است. در این مطالعه، از مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی وتسپا جهت شبیهسازی فرایندهای هیدرولوژیکی استفاده گردیده است .مدل وتسپا در سال 1377 در دپارتمان مهندسی هیدرولوژی و هیدرولیک دانشگاه VUB بروکسل -بلژیک توسعه داده شد و از آن زمان به بعد ضمن کاربرد در پروژهها و حوضههای آبخیز مختلف در بسیاری از کشورها،تغییراتی در جهت افزایش کارایی این مدل داده شده است .
در این مدل از سه نقشه رقومی پایه نظیر مدل ارتفاعی رقومی کاربری اراضی و بافت خاک در محیط GIS پارامترهای هیدرولوژیکی توزیعی موردنیاز مدل استخراج میگردد. زینیوند و همکاران - 2009 - با توسعه ماژول بیلان انرژی مدل WetSpa که به بهبود فرآیندهای شبیهسازی ذوب برف انجامید در حوزه آبخیز رودخانه هورناد1 کشور اسلواکی با 10 سال آمار بارش روزانه، درجه حرارت هوا، برآورد تبخیر بالقوه روزانه مشاهداتی، مدل را بهکاربرده و واسنجی کردند. سپس نشان دادند که مدل توانایی پیشبینی دقیق انباشت برف و سیل ناشی از ذوب برف را دارا است. آنان بهمنظور نشان دادن عملکرد مدل، دو دوره خاص برفی در دورههای تجمع و ذوب که در آن شرایط مربوط به موازنه جرم برف و تعادل انرژی و همچنین فرآیندهای حملونقل مرتبط با درجه حرارت برقرار بود را بهطور مفصل مورد بحث قراردادند.
در پایان نتیجه گرفتند که پیشبینی نسبتاً دقیق ذوب برف بر پایه روش فیزیکی بیلان انرژی و بدون نیاز به هر نوع پارامتری برای واسنجی، امکانپذیر است. یعقوبی و همکاران - 1389 - مدل را در حوزه آبخیز چهلچای گلستان جهت تهیه نقشه ضریب رواناب آزمون نمودند نتایج آنها نشان داد که با اصلاح و بهبود کاربری اراضی در این مناطق میتوان تولید رواناب را کاهش داد. کبیر و همکاران - 1390 - در حوزه آبخیز گرگانرود، مدل WetSpa را برای شبیهسازی جریان رودخانه پیش بینی بکار بردند.
معیار ارزیابی ناش ساتکلیف را برای برآورد دبی روزانه 71 تا 76 درصد به دست آوردند. نتایج، قابلیت بالای مدل در برآورد مؤلفههای هیدرولوژیکی و در نتیجه شبیهسازی دقیقتر بیلان آبی را نشان داد. متکان و همکاران - 1390 - در حوزه مرک، استان کرمانشاه توانایی مدل را در شبیهسازی جریان روزانه رودخانه و تحلیل اثرات تغییر کاربری بهینه روی آن، بررسی کردند که معیار ارزیابی ناش ساتکلیف با دقتی معادل %77 بهدست آمد. همچنین شبیهسازی جریان رودخانه تحت کاربری بهینه نشان داد که هیدروگراف جریان رودخانه با تأخیر به اوج خود رسیده و در مقایسه با هیدروگراف کاربری فعلی دیرتر فروکش میکند. بعلاوه دبی اوج هیدروگراف نیز بعد از تغییر کاربری بهینه، پایینتر آمده است.
مرادیپور و همکاران - 1390 - در حوزه آبخیز طالقان توانایی مدل در شبیهسازی توزیعی مکانی سیل را بررسی کردند که معیار ارزیابی ناش ساتکلیف برای برآورد رواناب 84/85 درصد بهدست آمد و نتایج نشان داد که با توجه به خروجی مدل و فاکتورهای هیدرولوژیکی با توزیع مکانی در هر گام زمانی، مدل قابلیت آنالیز اثرات توپوگرافی، بافت خاک و کاربری اراضی در رفتار هیدرولوژیکی آبخیز را داشت. هدف از این تحقیق بررسی توانایی شبیهسازی مدل توزیعی وتسپا در شبیهسازی میزان رواناب در حوزه آبخیز خرمآباد است.
مواد و روشها
موقعیت جغرافیایی و مشخصات منطقه موردمطالعه
حوزه آبخیز خرمآباد با مساحت 1660 کیلومترمربع، از سرشاخه های رودخانه کرخه می باشد. حوزه آبخیز مذکور شامل طاقدیسها وناودیسهایی است که روند شمالغرب - جنوب شرق دارند. خروجی حوزه آبخیز رودخانه چمانجیر میباشد.
بلندترین بخش حوزه آبخیز با ارتفاع 2906متر، در غرب و پستترین بخش آن با ارتفاع 1291 متر در جنوب حوزه آبخیز قرار دارد - شکل . - 1 متوسط شیب توپوگرافی حوزه آبخیز، 29/7 درصد بهدست آمده است. میانگین بارش سالیانه بر اساس آمار بلندمدت در حدود 505 میلیمتر است. همچنین جهت بررسی تغییرات سطح آبزیرزمینی دشت مرکزی خرمآباد در نظرگرفته شد. این دشت با وسعت 133 کیلومترمربع دارای بیشترین وسعت در بین دشتهای محدوده مطالعاتی خرمآباد میباشد
شکل .1 موقعیت و توپوگرافی منطقه مورد مطالعه
مدل WetSpa
مدل WetSpa - انتقال آب و انرژی بین خاک، گیاه و اتمسفر - اولین بار توسط ونگ و همکاران - 1997 - 2 ارائه شد و برای پیشبینی سیل در مقیاس زمانی ساعتی توسط دسمت و همکاران - 2000 - و لیو و همکاران - 2003 - 3 بهکار برده شد و توسط زینی وند - 2009 - برای شبیهسازی فرسایش، انتقال رسوب و پیشبینی رواناب حاصل از ذوب برف، به روش بیلان انرژی و درجه - روز توسعه پیداکرده است. پایه شبیهسازی مدل WetSpa، شبیهسازی در سطح سلولی4 است. باوجود چهار لایه در جهت عمودی شبکه سلولی مدل شکل میگیرد
این چهار لایه به ترتیب از بالای سطح خاک به پایین عبارتاند از لایه تاج پوشش گیاهی، منطقه ریشه، منطقه انتقال - سطح خاک - و منطقه اشباع است. هر سلول با حفظ تعادل آب و انرژی منشعب از خاک لخت و خاک با پوشش است. این مدل با دخالت دادن روابط فیزیکی و تجربی و عوامل آبوهواشناسی - بارش، دما و تبخیر و تعرق - تمامی فرآیندهای هیدرولوژیکی شامل مقادیر بارش باران و برف، ذخیره برگابی گیاهان، نفوذ عمقی، ذخیره چالابی، نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، بیلان آب، جریان آب زیرزمینی، جریان زیرسطحی و رواناب سطحی است.
