شبیه سازی هیدروگراف جریان رودخانه با مدل هیدرولوژیکی-توزیعی انعطاف پذیر WetSpa در حوزه خرم آباد

زمینه و هدف: کاربرد مدل های هیدرولوژیکی در حوزه های آبریز همواره مورد توجه محققین منابع آب بوده است. مدل های شبیه سازی هیدرولوژیکی ابزارهای ارزشمندی برای بررسی موضوعات چالش برانگیز مرتبط با مدیریت حوزه آبریز همچون اثر تغییر اقلیم بر منابع آب و تاثیر شهرسازی بر سیلاب ها و خشکسالی ها هستند. مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی WetSpa برای شبیه سازی جریان رودخانه در مقیاس حوزه به کار برده می شود. این مدل جهت پیش بینی هیدروگراف ها و پارامترهای هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی حوزه از نقشه های توپوگرافی، کاربری اراضی، نقشه خاک و سری زمانی روزانه هواشناسی (بارندگی، تبخیر و درجه حرارت) مشاهده شده استفاده می کند. در این مقاله از مدل شیءگرا، مدولار و فرآیندمحور WetSpa که بر اساس رویکرد مدل سازی انعطاف پذیر تهیه شده، جهت شبیه سازی هیدروگراف روزانه در حوزه خرم آباد استفاده شده است. روش پژوهش: ورودی های مدل شامل نقشه های رقومی ارتفاع، تیپ خاک، کاربری اراضی و سری های زمانی بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل است که از آمار ۶ ایستگاه هواشناسی در یک دوره ده ساله (سال آبی ۸۵-۸۴ تا ۹۴-۹۳) استفاده گردید. پس از آماده سازی ورودی های مدل، در ابتدا نقشه های پارامترهای توزیعی به وسیله مولفه پیش پردازش GIS مدل، به طور خودکار به قالب map تولید می شوند. پس از آن، واسنجی مدل با استفاده از یک دوره آماری ۵ ساله (سال آبی ۸۵-۸۴ تا ۸۹-۸۸) از داده های بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل انجام شد. مدل جهت استفاده از داده های بارش، دما و تبخیر از پلیگون های تیسن استفاده می کند. بدین منظور از دبی های روزانه ایستگاه هیدرومتری چم انجیر واقع در خروجی حوزه آبریز مورد مطالعه استفاده گردید. واسنجی مدل با تعیین مقادیر ۱۱ پارامتر عمومی (کلی) مدل به صورت دستی صورت گرفت، به نحوی که بهترین انطباق بین هیدروگراف شبیه سازی و مشاهده-ای به دست آید. در نهایت اعتبارسنجی مدل براساس یک دوره آماری ۵ ساله (سال آبی ۸۹-۸۸ تا ۹۴-۹۳) و مقادیر پارمترهای عمومی (کلی) به دست آمده در مرحله واسنجی انجام شد. یافته ها: نقشه های پارامترهای توزیعی تولید شده که بعد از آماده سازی ورودی های مدل تولید می شدند نشان داد که متوسط ضریب رواناب پتانسیل حوزه ۶۳ درصد و زمان تمرکز حوزه ۱۷ ساعت می باشد. در ادامه طبق۱۱پارامتر کلی که نماد و دامنه تغییرات آن ها در جدول (۳) مشخص شده اند، مقادیر پارامترهای کلی مدل در مرحله واسنجی به دست آمد. مقایسه هیدروگراف شبیه سازی شده توسط مدل و هیدروگراف مشاهده ای در مرحله واسنجی نشان داد که بهترین انطباق بین داده های مشاهده ای و شبیه سازی شده با ضریب همبستگی ۳۹/۰ ایجاد شده است. اعتبارسنجی مدل نیز براساس دوره آماری ۵ ساله (سال آبی ۸۹-۸۸ تا ۹۴-۹۳) و مقادیر پارامترهای کلی به دست آمد. فایل های خروجی مدل نشان داد که در دوره واسنجی ۱۵/۲۶ درصد از بارش تبدیل به رواناب می شود. در دوره اعتبارسنجی سهم کل رواناب از بارش برابر ۴۲/۲۶ درصد بدست آمد. همچنین نتایج شبیه سازی مدل، نسبت تبخیر به بارش را در دوره های واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب ۱۸/۵۷ و ۲۰/۶۹ درصد را نشان می دهد. نتایج ارزیابی مدل بر اساس شاخص کلینگ-گوپتا (KGE) نیز، مقدار ۶۸/۰ برای دوره واسنجی و ۷۴/۰ را برای دوره اعتبارسنجی نشان می دهد.نتایج: در این مقاله به بررسی کارایی مدل WetSpa بهمنظور شبیه سازی جریان روزانه رودخانه خرم آباد در محل ایستگاه هیدرومتری چم انجیر پرداخته شد. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق میتوان گفت که مدل توزیع مکانی Wetspa توانایی شبیه سازی رفتار هیدرولوژیکی حوزه را با دقت قابل قبولی دارد. مقایسه گرافیکی هیدروگراف های محاسبه ای و مشاهده ای برای دوره واسنجی و ارزیابی نیز نشان دهنده تطابق نسبتا خوبی بین دو هیدروگراف می باشد. بررسی نتایج حاصل از محاسبه مولفه های بیلان آبی توسط مدل نشان می دهد که جریان خروجی در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب ۱۵/۲۶ و ۴۲/۲۶ درصد از کل بارش را به خود اختصاص داده است که با توجه به کاربری عمده کوهستان و مرتع در حوزه آبریز منطقی به نظر می رسد.

کلیدواژه ها:

شبیه سازی ، مدل سازی هیدرولوژیکی انعطاف پذیر ، مدل WetSpa