بخشی از مقاله
مقدمه
سیل یکی از اصلی ترین بلایای طبیعی شناخته شده در جهان است. سالانه سیل در دنیا بطور میانگین، جان 26000 نفر انسان را می گیرد و بر زندگی 75میلیون نفر دیگر تأثیر اقتصادی منفی میگذارد - سرحدی،. - 1387 در ایران نیز موقعیت جغرافیایی و وضعیت بارش و شرایط فیزیکی حوضه ها از یک سو و تغییرات کاربری در طبیعت و به هم زدن تعادل آن از سوی دیگر، باعث ایجاد سیلاب های ناگهانی شده که خسارات ناشی از آنها در دهه های اخیر بطور فزاینده ای رو به افزایش است.
طی مطالعات انجام شده، سیل های خسارت آفرین 50 سال گذشته - 1380-1330 - نشان می دهند که تعداد وقوع سیل در دهه 80 نسبت به دهه 40 تقریبا 10 برابر شده است، به عبارت دیگر رشد 900 درصدی داشته است - عبدی، . - 1385استفاده از مدل های بارش - رواناب یکی از روش های نسبتا دقیق، سریع و با قابلیت انعطاف پذیری مناسب است که در جهت پیش بینی و تعیین ابعاد سیل میتواند دامنه وسیعی از شرایط مختلف یه حوضه آبریز را دربرگرفته و اقدام به پیش بینی سیلاب نماید.
از جمله معتبرترین و پر کاربردترین این مدل ها می توان به مدل HEC-HMS اشاره کرد. این نرم افزار در سال 1968 توسط سازمان حفاظت خاک آمریکا ارائه شد. تحقیقات بسیاری در زمینه بررسی سیلاب در ایران و جهان انجام گرفته که در بسیاری از آن ها، شبیه سازی بارش- رواناب توسط مدل هیدرولوژیکیHEC-HMS صورت گرفته است؟ چن و همکاران در سال 2009 و محمدعلی و همکاران در سال 2011 به ترتیب در کشورهای چین و پاکستان برای واسنجی رویداد سیلاب از مدل بارش- روانابHEC-HMS استفاده کردند.
نتایج نشان دهنده ی هماهنگی خوب بین هیدروگرافهای مشاهده و محاسبه شده در خروجی حوضه ها بود. بهمنی و همکاران در سال 1390 به کمک مدل پیش بینی سیلاب حوضه زردرود استان خوزستان را انجام دادند. نتایج نشان داد که پیش بینی حاصله از این مدل برای دبی پیک حوضه از دقت بالایی برخوردار بوده و با دبی پیک مشاهده ای تطابق کامل دارد. جعفرنیا و همکاران در سال 1392به برآورد سیلاب حوضه آبریز رودخانه تالار - زیر حوضه کسیلیان - با استفاده از مدل HEC-HMSپرداختند.
در این بررسی، با توجه به درصد اختلاف کم بین دبی مشاهداتی و محاسباتی مدل یادشده توانایی بسیار خوبی در پیش بینی دبی اوج سیلاب منطقه دارد. حصادی و همکاران در سال1395 به بررسی سیلاب حوضه ناودار به وسیله مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS در استان کرمانشاه پرداختند. نتایج حاصل از شبیه سازی چهار واقعه و مقایسه هیدروگراف های مشاهداتی و کالیبره شده نشان داد که مدل با همبستگی بیش از 39 درصد در محاسبه حجم و بیش از 31 درصد در محاسبه دبی، می تواند در شبیه سازی بارش رواناب حوضه با دقت بالایی عمل کند.
حوضه آبریز روانسر بین عرض های جغرافیایی 34° 29 تا 34° 53 و طول های جغرافیای 46° 21 تا 46 ° 56 با مساحتی بالغ بر1103/05 کیلومترمربع در شمال استان کرمانشاه قرار گرفته است - شکل شماره . - 1 این حوضه یکی از شاخه های مهم رودخانه قره سو بوده که در پایین دست آن به ویژه در دوره بارندگی بهاره به علت حجم زیاد جریان و عدم گنجایش کافی بستر فعلی رودخانه دچار سیل های متعددی می گردد. دلیل مؤید این وضعیت آثار و خسارات سالیانه سیل در این حوضه می باشد. با توجه به این شواهد و پتانسیل بالای این حوضه در ایجاد سیلاب برای مناطق پایین دست خود، وضعیت سیلاب خیزی حوضه آبریز قره سو برای مطالعه انتخاب شد. در این مطالعه سعی شده است با استفاده از مدل آبشناختی HEC-HMS به بررسی رفتار بارش-رواناب و روندیابی جریان در حوضه پرداخته شود.
شکل شماره -1 موقعیت حوضه آبریز روانسر در استان کرمانشاه
مواد و روشها
برای استخراج پارامترهای مورد نیاز مدل HEC-HMS نخست نقشه های پایه ای منطقه شامل نقشه های توپوگرافی 1/25000 - سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح - ، نقشه زمین شناسی 1/25000 - سازمان زمین شناسی - و نقشه خاک و گروه های هیدرولوژیک خاک، کاربری اراضی و پوشش گیاهی - اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان کرمانشاه - تهیه گردید و به کمک نرم افزار ArcGIS10 نقشه های هیدرولوژی، شیب، Dem تهیه - شکل - 2 و پارامترهای فیزیوگرافی و هیدرلوژیکی مورد نیاز مدل، استخراج گردید.
در ادامه داده های آبدهی ایستگاه های آب سنجی و داده های بارندگی ایستگاه های هواشناسی، در سطح حوضه و مناطق مجاور حوضه استخراج گردید. سپس با همپوشانی داده های نقشه ی کاربری اراضی، گروه های هیدرولوژیکی خاک و پوشش گیاهی، مقدار CN حوضه برای محدوده های همگن محاسبه شد - شکل - 3 و برای حوضه میانگین وزنی CN برابر با عدد 66/5 تعیین گردید. در ادامه بارندگی های متناظر با برگه سیلاب های ثبت شده، استخراج و هیدروگراف سیل ایستگاههای آب سنجی ترسیم شد.
مقادیر دبی موجود در برگه های سیلاب ثبت شده ایستگاه های آب سنجی، برای هر واقعه بارندگی استخراج و سپس بارندگی روزانه متناظر با آن واقعه استخراج گردید. که پس از بررسی، تعداد 5 واقعه بارش و سیل متناظر با رعایت همزمانی در کلیه ایستگاه ها انتخاب گردید. با بررسی یک دوره بارش روزانه ثبت شده در ایستگاه های باران سنجی حوضه مورد مطالعه و حوضه های مجاور، مقادیر متوسط بارش برای هر دوره بارندگی به روش محاسبه میانگین استخراج شد. این برآوردها به همراه سایر پارامترهای موثر در تولید رواناب جهت شبیه سازی فرآیند بارش-رواناب وارد مدل های هیدرولوژیکی HEC-HMS گردید.
جدول شماره-1 مشخصات فیزیوگرافی و هیدرولوژی حوضه روانسر
شکل - 2 به ترتیب از راست به چپ : نقشه گروه هیدرولوزیکی خاک/ نقشه گروه های خاک/ نقشه پوشش گیاهی/ نقشه توپوگرافی/ نقشه شیب
بحث و نتایج و یافته ها
شکل شماره - 3 نقشه CN
با ورود اطلاعات سیلاب های منتخب به مدل، کار شبیه سازی برای کل حوضه انجام شد . با بررسی و مقایسه هیدروگراف های مشاهده شده و شبیه سازی شده، تفاوت معنی داری بین این دو چه از نظر ابعاد و چه از نظر مقدار دبی اوج، قابل مشاهده است - شکل4 و جدول . - 2 از اینرو در مرحله بعد، پارامترهای مورد استفاده در فرآیند شبیه سازی، کالیبره شدند. در فرآیند کالیبراسیون مقادیر پارامترهای معرفی شده به مدل، با هدف دسترسی به نتایج همگون با داده های واقعی و طبیعی، تصحیح گردید - شکل 5 و جدول . - 3
جدول-2 نتایج شبیه سازی مدلHEC-HMS بر مبنای استفاده از مدل ثابت روزانه به عنوان مدل دبی پایه در ایستگاه روانسر
شکل -4 هیدرگراف سیل شبیه سازی شده و مشاهده شده به ترتیب از راست به چپ
جدول -3 نتایج حاصل از واسنجی مدل HEC-HMS بر مبنای استفاده از مدل ثابت روزانه به عنوان مدل دبی پایه
شکل -5 هیدرگراف سیل واسنجی شده و مشاهده شده به ترتیب از راست به چپ
جدول - 4 نتایج حاصل از واسنجی مدل HEC-HMS بر مبنای استفاده از مدل ثابت روزانه به عنوان مدل دبی پایه
پس از انجام واسنجی مدل و بدست آمدن مقادیر جدید و بهینه شده برای پارامتر های مورد استفاده در مدل، نوبت به بررسی صحت پارامترهای جدید می رسد که بدین منظور از دو واقعه بارش دیگر استفاده شده است پس از ورود پارامتر های جدید به مدل هیدروگراف مربوط به دو واقعه بارش جدید محاسبه و شبیه سازی می شوند
