بخشی از مقاله
چکیده
برف و برفاب در حوضههای کوهستانی و مرتفع عامل مهم و کنترلکننده رژیم جریان محسوب شده و بهعنوان منبع اصلی تأمین آب نقش بسیار مهمی را ایفا مینماید. بههمین دلیل در مناطق کوهستانی هیدرولوژی برف اهمیت و ارزش زیادی دارد. علاوه بر این تخمین، شبیهسازی و پیشبینی جریان ناشی از ذوب برف و باران در زمینههای مختلف دارای اهمیت وکاربرد میباشد که میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- 1 تأمین آب شرب، کشاورزی، صنعت، و تفرجگاهها - 2 تنظیم آب رودخانهها - 3 کنترل و هشدار سیل - 4 برآورد سیل طراحی برای حوضه آبریز. در این تحقیق از مدل SRM جهت شبیهسازی جریان در حوضه آبریز لیقوان واقع در استان آذربایجان شرقی استفاده شده است. جهت شبیهسازی جریان در حوضه آبریز لیقوان از داده-های سال آبی 83 - 84 جهت واسنجی مدل و از دادههای سال آبی 84 - 85 جهت ارزیابی مدل استفاده گردید. مدل SRM دو معیار عددی بهنامهای ضریب تعیین - R2 - و اختلاف حجمی - DV - را برای برآورد دقت، محاسبه کرد. در پایان شبیهسازی نتایج زیر حاصل شدند: در دوره واسنجی R2 = 0/78 و DV = -14/2 و در دوره ارزیابی R2 = 0/79 و . DV = -9/2.
مقدمه
برف یکی از اشکال مهم بارش در چرخه هیدرولوژی مناطق کوهستانی بوده که در تأمین منابع آب آشامیدنی و کشاورزی به صورت جریانهای تأخیری در فصول پرآبی و جریانهای کمینه در فصول کم آبی و تولید انرژی نقش ارزنده ایفاء میکند. از سوی دیگر رواناب حاصل از ذوب برف به دلیل نقش تأخیری آن منبع اصلی تغذیه سفرههای آب زیرزمینی و در برخی از موارد به دلیل همزمانی با بارشهای بهاره منشأ بروز سیلابهای مخرب با حجم جریان بیش از ظرفیت رودخانهها میشود.
تحلیل دقیق مسائل برف به مجموعهای از مشاهدات و آمار در زمینه برفسنجی نیاز دارد، که در شرایط کنونی در اغلب مناطق کشور اندازهگیری منظم و جامع از آن صورت نمیگیرد و تنها در بعضی از حوضههای برفگیر که سدهای مهم را تغذیه میکنند، اندازهگیری برف انجام میشود. مسائل مربوط به برف و رواناب برف بسیار پیچیدهتر از باران است و پیشبینی رواناب حاصل از ذوب برف با احتمال کمتری نسبت به باران صورت میگیرد.
در مقابل باران، ریزش برف اثر تأخیری در جریان هیدرولوژی رودخانهها دارد. تجمع برف در ماههای زمستان یک سال در ماههای بهار سال بعدی پراهمیت تلقی میشود و آب حاصل از ذوب برف برای تأسیسات آبی از اهمیت ویژهای برخوردار است. بنابراین پیشبینی ذوب برف لازم و ضروری به نظر میرسد و بدون در نظر گرفتن این عامل مدیریت منابع و مخازن و برنامهریزی منابع آبی و هیدرولوژی رودخانه میسر نخواهد بود.
- موحد دانش1376 ، مک کوئن . - 1998 ذوب برف از جمله پارامترهایی است که اندازهگیری مستقیم آن در یک سطح وسیع امکانپذیر نیست، زیرا نقاط مرتفع که بیشتر در معرض بارش برف هستند از امکانات دسترسی کمتری برخوردارند. از این رو با فرمول بندی عوامل مؤثر بر ذوب و انرژی محیط که صرف ذوب میشود، میتوان میزان ذوب را محاسبه نمود.
به این منظور، فرمولهای متعددی برای محاسبه ذوب نقطهای و ذوب حوضهای ارائه گردیده است، که هر کدام تحت شرایط خاص منطقهای فرمولبندی و واسنجی میگردند - پرهمت 1372 و فتاحی . - 1377 محققان مختلفی در زمینه هیدرولوژی برف در داخل و خارج از کشور اقدام نمودهاند، که در زیر تنها به چند مورد از آنها اشاره میشود:
مدل SRM که در بعضی از منابع به نام مدل مارتینس - رانگو آمده است، برای اولین بار در سال 1975 توسط مارتینس به منظور شبیهسازی و پیشبینی رواناب روزانه حاصل از ذوب برف حوضههای کوچک کوهستانی اروپا ارائه گردید، اما بعد از تغییراتی که در آن انجام شد از این مدل در حوضههایی تا وسعت - KM2 - 120000 نیز استفاده گردید.
آخرین و کاملترین نسخه آن 11,1 در سال 2008 تهیه گردیده است - مارتینس و همکاران، . - 2008 مارتینس و رانگو دامنه تغییرات پارامترهای مدل SRM را مورد بررسی قرار داده و روابط فیزیکی مورد نیاز برای محاسبه این پارامترها را ارائه نمودند - مارتینس و رانگو،. - 1996 لاندسا و همکاران با استفاده از دادههای سنجش از دور، مدل SRM را برای پیشبینی در 42 حوضه در اسپانیا به کار گرفته و نتیجهگیری نمودند که مدل برای پیشبینی اختلاف حجمی، با 6/9 تا 25/3 درصد خطا در حوضههای مختلف روبروست - لاندسا و همکاران، . - 2000 مالچر با استفاده از عکسهای ماهواره مودیس، سطح پوشش برف چهار زیر حوضه از حوضه ازتال در شرق اتریش را بهدست آورده و با استفاده از مدل SRM رواناب برف را شبیهسازی کرد.
مدل SRM رواناب زیر حوضههای ونت روفن، اوبرگورگل، هوبن و تومپن را به ترتیب با اختلاف حجم -2/35، -5/56، 0/44 و 0/49 درصد و با مجذور ضریب همبستگی 0/93، 0/92، 0/87، 0/88 شبیهسازی کرده است - مالچر و هیدینگر، . - 2001 سیدل و مارتینس از عکسهای ماهوارهای لندست، اسپات و نوآ، سطح پوشش برف 13 حوضه واقع در سوئیس را استخراج و با مدل SRM رواناب برف این حوضه را شبیه سازی و اثر تغییراقلیم را نیز بررسی کردند,
- سیدل و مارتینس، . - 2002 سانگون و همکاران، با استفاده از عکسهای ماهوارههای مادیس و نوآ، سطح پوشش برف حوضههای ریوگراند و ریواجو را بهدستآوردند و رواناب ناشی از ذوب برف را شبیهسازی کردند. مدل SRM، رواناب حوضه ریوگراند را با استفاده از عکسهای ماهواره مادیس و نوآ به ترتیب با اختلاف حجم -12/1 و 10/3 درصد و با مجذور ضریب همبستگی 0/7 و 0/89 شبیهسازی کردهاست.
این مدل رواناب حوضه ریواجو را با استفاده از عکسهای ماهواره مادیس و نوآ به ترتیب با اختلاف حجم -46/6 و -38/6 درصد و با مجذور ضریب همبستگی 0/22 و0/63 شبیهسازی کردهاست. - سانگون و همکاران، . - 2003 بامگارتنر و همکاران مدل SRM را با استفاده از پوشش برفی حاصل از تصاویر ماهوارهای AVHRR برای حوضههای ازبکستان به کار گرفتند.
در این تحقیق همبستگی دبی روزانه مشاهدهای با شبیهسازی دارای ضریب برازش 0/74 تا 0/97 و اختلاف حجمی 1 تا 9/6 درصد گزارش شد - بامگارتنر و همکاران، . - 1987 سوامی و بریویو با استفاده از عکسهای ماهواره لندست، سطح پوشش برف حوضه کوردول در شمال ایتالیا را بهدست آورده و با استفاده از مدل SRM ، رواناب ناشی از ذوب برف را شبیهسازی کردند. مدل SRM، رواناب حوضه را با اختلاف حجم و مجذور ضریب همبستگی به ترتیب 4/6 درصد و 0/89 درصد شبیهسازی کرده است - سوامی و بریویو، . - 1996
کوبیلو و همکاران با تعیین پارامتر سطح پوشش برف از عکسهای ماهوارهای نوآ - سنجنده AVHRR - ، از مدل SRM برای پیشبینی جریان رودخانه در چندین حوضه آبریز در ازبکستان استفاده کردند - کوبیلو و همکاران، . - 2000 صدقی، ثقفیان و پرهمت تحقیقی را با عنوان شبیهسازی جریان به کمک مدل SRM و با استفاده از دادههای سنجش از دور برای برآورد پوشش برفی در زیرحوضه های کارون انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که این مدل قابلیت شبیه سازی جریان روزانه را دارا بوده ولی در شرایط سیلابی از دقت آن کاسته میشود. - پرهمت و همکاران، . - 1381
رانگو و همکاران در سال 2003 تحقیقاتی را در ارتباط با پیشرفت سیستم سنجش از دور در پیشبینی رواناب ذوب برف در حوضه ریوگراندو انجام دادند و به این نتیجه دست یافتند که مدل های SRM وSLURP از دادههای سنجش از دور RS به عنوان ورودی بهره میگیرند و پیشبینی را برای تمام زیر حوضههایی که ذوب برف در آنها اتفاق میافتاد و یا بارش بر آنها غلبه داشت، توسعه دادند و نهایتاً توسط آژانس-های محلی و ایالتی تصمیمگیریهایی در زمینه مدیریت منابع آب و محدودیتهای آبی حوضه ریوگراند صورت گرفت - رانگو و همکاران، . - 2003
ساختار مدل
مدل SRM، مدلی فیزیکی و مفهومی است و بر اساس روش درجه - روز استوار میباشد. در این مدل رواناب ناشی از باران و ذوب برف را بهطور روزانه محاسبه و به دبی جریان فروکش - دبی پایه - اضافه میشود و سپس با تأثیر دادن ضریب انتقال، دبی خروجی از حوضه محاسبه میشود. که در این رابطه، Q دبی متوسط روزانه بر حسب - مترمکعب بر ثانیه - ، پارامتر Cs بیانگر ضریب رواناب برف و CR بیانگر ضریب رواناب باران میباشد.
اطلاعات مورد نیاز برای اجرای مدل SRM
اطلاعات مورد نیاز برای اجرای مدل شامل سه بخش خصوصیات هیپسومتری و فیزیوگرافیکی حوضه و متغیرهای ورودی و پارامترهای ورودی می باشد که هر یک را به تفصیل در زیر بحث خواهیم نمود.
خصوصیات حوضه آبریز و ناحیههای ارتفاعی
تعیین محدوده حوضهها، محاسبه منحنی ارتفاع - سطح - هیپسومتریک - از روی نقشههای با مقیاس 1:250000 مناسب وکافی است. گام بعدی محاسبه پارامترهای مؤثر و انتقال آن به ذوب برف برای هر ناحیه و انتقال آن به متوسط ارتفاع هیپسومتریک آن ناحیه میباشد - مک کوئن، - 1998
متغیرهای ورودی
متغیرهای ورودی به مدل شامل: دما، بارش و سطح پوشش برف میباشند.
- 1 دما: مدل SRM مقادیر دمای روزانه را هم به صورت متوسط روزانه و هم به صورت دمای ماکزیمم و مینیمم مورد استفاده قرار میدهد. این درجه حرارتها به وسیله گرادیان دما به متوسط ارتفاع هیپسومتری منتقل میشود.
- 2 بارش: تعمیم بارش نقطهای برای سطح حوضههای کوهستانی مشکل و پیچیده است. بارشهایی که در ارتفاعات و در دمای کمتر از دمای بحرانی اتفاق میافتد، بهصورت برف بوده و تأثیر تأخیری در جریان دارند و اگر دما بیشتر از دمای بحرانی باشد دبیهای اوج به وقوع میپیوندند.
- 3 سطح شرکت کننده در بارش: مقدار سطح پوشیده از برف به کل سطح را نسبت پوشش برف مینامند. در قسمتهای کوهستانی حوضهها کاهش سطح پوشش برف در دوره ذوب برف شروع میگردد. منحنیهای پوشش برفی را میتوان از نقشه-های پوشش برفی درونیابی کرد. این پارامتر، یکی از متغیرهای مهم ورودی به مدل میباشد که میبایست به صورت روزانه وارد مدل گردد.