بررسی اثر خصوصیات مکانی حوزه آبخیز بر واسنجی وقایع تک رخدادی سیلاب (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کوه سوخته)

جغرافیا و مخاطرات محیطی

مقاله 1، دوره 6، شماره 3 - شماره پیاپی 23، آبان 1396، صفحه 67-83   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/geo.v6i3.58862

نویسندگان

سودابه بهیان مطلق؛ مهدی پژوهش^* ؛ خدایار عبدالهی

دانشگاه شهرکرد

چکیده

استفاده از مدل‌های هیدرولوژیکی یکی از روش‌های رایج در تجزیه‌وتحلیل کمی حوضه‌های آبخیز است. پیشرفت‌های اخیر در زمینه‌سازی‌‌های بارش –رواناب که انعطاف بیشتری در حل مسائل و پدیده‌های هیدرولوژیکی دارند، آن‌ها را جایگزین مناسبی به‌جای روابط تجربی کرده است. به‌طور مرسوم در پژوهش‌های صورت گرفته پیشین مبتنی بر بهینه‌سازی مدل در همان مقیاس محلی موردبررسی قرارگرفته که فاقد عمومیت مکانی است. هدف این مطالعه ارائه پارامترهایی با اندازه معین است تا در سطح عمومی‌تری برای تمام زیرحوضه‌ها پاسخ قابل قبولی را ارائه دهد. بدین منظور پارامترهایی از مدل هیدرو گراف سیلاب که در هیدروگراف سیلاب نقش دارند، در مقیاس زیرحوضه‌ای و بزرگ‌مقیاس مورد مقایسه قرارگرفته است. در این مطالعه از مدلHEC-HMSبرای مدل‌سازی رواناب زیر حوضه‌ها و میزان رواناب خروجی از حوضه استفاده‌شده است؛ برای ساختار مدل از عوامل شماره منحنی SCS برای روش تلفات و هیدروگراف واحد SCS جهت روش انتقال استفاده شد. به‌منظور واسنجی ابتدا بهینه‌سازی پارامترها در هریک از زیرحوضه‌‌ها به‌صورت جداگانه انجام گرفت و سپس مقدار عمومی پارامترها با به دست آوردن اندازه ثابتی از پارامترهای حساس که در همه زیر حوضه‌ها پاسخ قابل قبولی ارائه دهند، انجام شد. یافته‌های تحقیق نشان می‌دهد که گرچه کارایی مدل در واسنجی با پارامترهای محلی برتر از واسنجی با استفاده از پارامترهای بزرگ‌مقیاس است، ولی ایستایی پارامترهای عمومی بهتر است. به‌منظور ارزیابی کارایی مدل از شاخص Nash-sutcliffeاستفاده گردید که این شاخص برای کالیبراسیون محلی 85/0 و کالیبراسیون بزرگ‌مقیاس 65/0 به دست آمد که در دامنه مطلوبی برای شبیه‌سازی قرار دارد.

کلیدواژه‌ها

مقیاس محلی؛ بزرگ‌مقیاس؛ مدل هیدرولوژیکی؛ HEC-HMS؛ SCS

مراجع

بحری، معصومه؛ دستورانی، محمدتقی؛ 1396. ارزیابی اثرات تغییراقلیم و تغییرکاربری اراضی بر پاسخ هیدرولوژیک حوزه آبخیز اسکندری. جغرافیا و مخاطرات محیطی. شماره22. صص 57-37.

تلوری، عبدالرسول؛ 1375. مدل‌های هیدرولوژی به زبان ساده. چاپ. تهران: انتشارات موسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور.

سلیمانی، کریم و دیگران؛ 1387. پتانسیل تولید سیل در حوضه‌های آبخیز با استفاده از مدل HEC-HMS در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی حوضه معرف کسیلیان). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. شماره 65. صص 51-60.

علیزاده، امین؛ 1390. اصول کاربردی هیدرولوژی. چاپ. مشهد: انتشارات آستان قدس رضوی.

کریمی، مریم و دیگران؛ 1390. ارزیابی روش‌های مختلف شبیه‌سازی هیدروگراف سیل با استفاده از بسته نرم‌افزاریHEC-HMS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز چهلگزی). مجله پژوهش‌های آب ایران. شماره 9. صص 29-38.

مراد نژادی، مریم ودیگران؛ 1394. الویت بندی زیر حوضه‌های مناسب بهره‌برداری جنگل با استفاده از مدل HEC-HMS (مطالعه موردی: جنگل خیرود). جنگل و فراورده‌های چوب. مجله منابع طبیعی ایران. شماره 2، صص 405-418.

مهدوی، محمد؛ 1386. هیدرولوژی کاربردی. چاپ، تهران: انتشارات دانشگاه تهران.

Abdulla, F and D. Lettenmaier., 1997. Development of regional parameterestimation equations for a macroscale hydrologic model. Journal of Hydrology, 197(1-4), 230–257.

Adamowski, J. (2013). Using support vector regression to predict direct runoff, base flow and total flow in a mountainous watershed with limited data in Uttaranchal, India. Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation, 45(1), 71-83.

Agrawal, A. (2005). A data model with pre-and-post processor for HEC-HMS (Unpublished master’s thesis). Texas A & M University, Texas, America.

Ahn, G. (2007). The effect of urbanization on the hydrologic regim of the bigdarby creek watershed (Unpublished doctoral dissertation). Ohio State University, Ohio, America.

Alexander Braud, J. (2009). Impact of watershed delineation detail on hydrologic process modeling in low slop areas (Unpublished master’s thesis). Louisiana State University, Louisiana, America.

Asadi, A., & Boustani, F. (2013). Performance evaluation of the HEC-HMS hydrologic model for lumped and semi-distributed stormflow simulation (StudyArea: Delibajak Watershad). American journal of engineering research (AJER), 2(11), 115-121.

Bardossy, A., & Das, T. (2008). Rainfall network on model calibration and application.Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 12(1), 77-89.

Bendient, P. B., Huber, W. C., & Vieux, B. E. (2013). Hydrology and floodplain analysis. England London :Pearson Publishing.

Beven, K. (2001). How far can we go in distributed hydrological modelling? Hydrology and Earth System Science, 5(1), 1-12.

Bhadra, A., Panigrahy, N., Singh , R., Raghuwanshi, N. S., Mal, B. C., & Tripathi, M. P. (2008). Development of a geomorphological instantaneous unit hydrograph model for scantily gauged watersheds. Journal of environmental modelling and software, 23(1), 1013-1025.

Bloschl, G. (2001). Scaling in hydrology. Hydrol Processes, 15(4), 709–711.

Boggs, J. L., & Sun, G. (2011). Urbanization alters watershed hydrology in the Piedmont of North Carolina. Ecohydrology, 4(2), 256-264.

Booij, M. J. (2003). Determination and integration of appropriate spatial scales for river basin modeling. Hydrol Processes, 17(13), 2581-2598.

Bormann, H. (2006). Impact of spatial data resolution on simulated catchment water balances and model performance of the multiscale TOPLATS model. Hydrology and earth System Science, 10(2),165-179

Butts, M. B., Payne, J. T., Kristensen, M., & Madsen, H. (2004). An evaluation of the impact of model structure on hydrological modeling uncertainty for stream flow prediction. Journal of Hydrology, 298(1-4), 242-266.

Cabral Moreira, A. A.,2013.Modelagem hidrologica da bacia hidrografica do Rio Granjeiro- Crato-CE. (MSc) Thesis. Universidade Federal do Ceara, 164.

Grove, M., Harbor, J., Engle, B. (1998). Composite vs. distributed curve numbers: Effects on estimates of storm runoff depths. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 34(5), 1015-1023.

Hundecha, Y., & Bardossy, A. (2004). Modeling effect of land use changes on runoff generation of a river basin through parameter regionalization of a watershed model. Journal of Hydrology, 292(1), 281–295.

Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modelig System. (2013). Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modelig System(HEC-HMS) Users manual (Version 4.0). US Army Crops of Engineers.

Ibrahim-Bathis, K., Ahmed, S.A. (2016). Rainfall-runoff modelling of Doddahalla watershed. Arabian Journal of Geosciences, 9(3), 1-16.

Karabowa, B., Sikorska, A. E., Banasik, K., & Kohnova, S. (2012). Parameters determination of a conceptual rainfall-runoff model for a small catchment in Carpathians. Annals of Warsaw University of Life Sciences-SGGW. Land Reclamation, 44(2), 155-162.

Kirchner, J. W. (2006). Getting the right answers for the right reasons: Linking measurements, analyses, and models to advance the science of hydrology.Water Resources Research, 42(3).

Lu, H., Hou, T., Horton, R., Zhu, Y., Chen, X., Jia, Y., Wang, W., & Fu, X. (2013). The stream flow estimation using the xinanjiang rainfall runoff model and dual state-parameter estimation method. Journal of Hydrology, 480(1), 102-114.

Mahmood, R., Jia, S., & Babel, M. (2016). Potential impacts of climate change on water resources in the Kunhar river basin, Pakistan. Water, 8 (1), 2-24.

Noori, N., Kalin, L., Sen, S., Srivastava, P., Lebleu, C. (2016). Identifying areas sensitive to land use/land cover change for downstream flooding in a coastal Alabama watershed. Regional Environmental change, 16(6), 1833-1845.

Olang, L. O., & Furst, J. (2011). Effects of land cover change on flood peak discharges and runoff volumes: Model estimates for the Nyando River Basin, Kenya. Hydrological Processes, 25(1), 80-89.

Parajka, J., Merz, R., & Blöschl, G. (2005). A comparison of regionalization methods for catchment model parameters. Hydrology and earth system sciences discussions, 9(3),157–171.

Pokhrel, P., & Gupta, H. V. (2010). On the use of spatial regularization strategies to improve calibration of distributed watershed models.Water Resources Research, 46(1).

Pokhrel, P., Gupta, H. V., & Wagener, T. (2008). A spatial regularization approach to parameter estimation for a distributed watershed model. Water Resources Research,44(12).

Samaniego, L., Kumar, R., & Attinger, S. (2010). Multiscale parameter regionalization of a grid‐based hydrologic model at the mesoscale. Water Resources Research, 46(5), 1-25.

Seneviratne, S., & Stöckli, R. (2008). The role of land‐atmosphere interactions for climate variability in Europe, Climate Variability and Extremes During the Past 100 Years, 33(1), 179–194.

Sup, M. S., Taley, S. M., & Kale, M. U. (2015). Rainfall-runoff modeling using HEC-HMS for Wan river basin. International journal of research in engineering,science and technologies, 28(1),21-30.

Troy, T., Wood, E. F., & Sheffield, J. (2008). An efficient calibration method for continental‐scale land surface modeling, Water Resources Research, 44(9).

Vassova, D. (2013). Comparison of rainfall-runoff models for design discharge. Soil and Water Research, 8(1), 26-33.

Walega, A., & Ksiazek, L. (2015). The effect of a hydrological model structure and rainfall data. Annals of warsaw university of life sciences – SGGW 47(4), 305-321.

Walter Drake, Ch. (2014). Assesment of flood mitigation strategies for reducing peak discharges in the upper Cedar River watershed (Unpublished master’s thesis). University of Iowa, Iowa, America.