ارزیابی عملکرد مدل بارش رواناب در شبیه سازی هیدروگراف سیلاب فروردین ماه ۱۳۹۸؛ مطالعه موردی حوضه آبریز کرخه

زمینه و هدف: بارش های سنگین و پیاپی در ابتدای سال ۱۳۹۸ به بروز سیلاب های شدید در بخش های وسیعی از کشور به ویژه در حوضه کرخه منجر شد که با خسارت های بسیاری همراه بود. میانگین بارش در حوضه سد کرخه در رویداد بارش ۴ تا ۷ فروردین ۱۳۹۸ در حدود ۸۷ میلی متر و در رویداد بارش ۱۱ تا ۱۷ فروردین ماه ۱۳۹۸ نزدیک به ۱۰۸ میلی متر گزارش شده است. در مدیریت سیلاب توسط مخزن، برآورد دبی پیک و هیدروگراف سیل به منظور پیش بینی رفتار هیدرولوژیک حوضه اجتناب ناپذیر است. مدل های بارش- رواناب که برای شبیه سازی هیدروگراف سیلاب به کار برده می شوند یکی از روش های برآورد رواناب و ابزار مناسبی برای بررسی و ارزیابی فرایندهای هیدرولوژیک، منابع آب و مدیریت سیلاب به شمار می روند.روش پژوهش: از آنجایی که برآورد دبی پیک و هیدروگراف سیل به منظور پیش بینی رفتار هیدرولوژیک حوضه و اخذ تدابیر لازم برای کاهش خطر سیلاب از اهمیت زیادی برخوردار است؛ در این پژوهش، ضمن استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) از مدل HEC-HMS برای شبیه سازی فرایند بارش – رواناب رویدادهای بارشی دوره زمانی ۱۳۸۶ تا ۱۳۹۸ در حوضه آبریز کرخه استفاده شده است. برای این منظور، با استفاده از توانمندی مدل HEC-HMS و داده های ایستگاه های هیدرومتری و آب و هواشناسی پراکنده در سطح حوضه به برآورد حجم و دبی پیک سیلاب ها در دوره زمانی یاد شده اقدام گردید. به دلیل شروع آبگیری سد سیمره در حوضه مذکور از سال ۱۳۹۲، دو مدل حوضه مجزا توسعه داده شده و برای اجرای مدل، ۱۱رویداد سیلاب استخراج و سپس پارامترهای مدل براساس ۶ هیدروگراف مشاهداتی واسنجی و براساس ۵ هیدروگراف دیگر ارزیابی شد. در فرایند ساخت مدل حوضه از روش شماره منحنی SCS برای محاسبه تلفات رواناب حوضه و تبدیل بارش به رواناب، از روش هیدروگراف واحد کلارک و روش جریان بازگشتی برای محاسبه جریان پایه، از روش ماسکینگام برای روندیابی هیدرولوژیک و از روش میانگین وزنی برای تحلیل مکانی داده های بارندگی استفاده شد.یافته ها: مقایسه نتایج اولیه شبیه سازی مدل یاد شده با مقادیر مشاهداتی در خروجی حوضه و برخی از ایستگاه های هیدرومتری منتخب حوضه (۹ زیرحوضه) مذکور نشان داد که مدل هیدروگراف جریان را بیشتر برآورد می کند. از این رو، با استفاده از تابع هدف مجموع مجذور باقی مانده، پارامترهای حوضه (CN، زمان تمرکز، ضریب ذخیره، جذب اولیه و ثابت بازگشتی) مورد واسنجی قرار گرفتند. پس از واسنجی پارامترها، نتایج حاکی از انطباق مناسب هیدروگراف های محاسباتی با مشاهداتی در سدهای کرخه و سیمره و برخی از ایستگاه های منتخب بودند؛ اما در برخی از نقاط مد نظر هیدروگراف های محاسباتی کمتر برآورد شدند. در ادامه، برای بررسی صحت و تایید نتایج، مدل به کمک ۵ واقعه بارش جدید اعتبارسنجی شد. همچنین برای ارزیابی کارایی مدل مورد استفاده در این مرحله از آماره های ضریب همبستگی، ناش – ساتکلیف و ضریب واریانس شبیه سازی شده استفاده شد.نتایج: مقایسه نتایج مدل با مقادیر مشاهداتی سیلاب (دبی اوج) با استفاده از ضریب همبستگی (R۲) نشان داد که برای زیر حوضه های ۵، ۲، ۷ و ۱ تطابق نسبتا خوبی برقرار است (به ترتیب، ۹۲/۰، ۷۳/۰، ۷۳/۰ و ۷۰/۰). همچنین، مقادیر شاخص کارایی مدل در مرحله اعتبارسنجی برای شاخص های ناش- ساتکلیف (۹۹/۰- ۳۳/۰) و ضریب واریانس شبیه سازی (۷۳/۰-۰) برای نقاط منتخب زیرحوضه های ۹، ۶، ۵، ۱ و ۸ مطلوب بوده و مدل HEC-HMS به طور نسبی می تواند برآورد قابل پذیرشی از هیدروگراف سیلاب ارایه دهد و از این رو می توان نحوه شکل گیری رویدادهای سیلابی حوضه آبریز کرخه را به خوبی تحلیل نمود. همچنین، تحلیل حساسیت پارامترهای مدل نشان داد که پارامتر شماره منحنی(CN) نسبت به سایر پارامترهای حوضه تاثیر بیشتری بر تغییرات تابع هدف دارند.

کلیدواژه ها:

مدل سازی هیدرولوژیک ، HEC-HMS ، Curve Number ، هیدروگراف سیلاب ، حوضه کرخه