لیلا ملکانی

اتومات سلولی ابزاری است برای مدل سازی و شبیه سازی فرایندهایی که در جهان واقعی رخ می دهد؛ این ابزار همچنین در زمینة مدیریت بحران نیز کاربرد دارد. در این تحقیق از اتومات سلولی بر پایة GIS برای شبیه سازی سیلاب در حوضة آبریز چرچر در شمال غرب ایران استفاده شده است. نتایج نشان داد بیشترین مساحت حوضة چرچر دارای کاربری مرتع و گروه هیدرولوژیکی خاک D است و نفوذپذیریِ بسیار کمی دارد. ارتفاع رواناب در نیمة شرقی و جنوب شرقی حوضه، به دلیل قابلیت نفوذ کم و شیب زیاد، بالاست. همچنین، خطر سیلاب در مسیر رودخانه و اراضی اطراف آن، به ویژه در پایین دست جریان، زیاد است؛ به طوری که، علاوه بر کاربری اراضی، خاک، نفوذپذیری، و بارش، عامل شیب تأثیر بیشتری در تولید رواناب در حوضه گذارده است. سرانجام، مقایسة دبی محاسباتی با دبی مشاهداتی نشان داد مقادیر ضریب همبستگی دبی برای دو رویداد مورد بررسی به ترتیب برابر 82/0 و 70/0 است و درصد کم خطا نیز نشان دهندة کارایی بسیار مدل اتومات سلولی در پیش بینی دبی اوج سیلاب و زمان وقوع آن است. بنابراین، استفاده از اتومات سلولی در کنار GIS، علاوه بر سرعت بخشیدن به محاسبة رواناب، موجب افزایش نتایجِ دقیق نیز می شود.

با توجه به اهمیت تخمین صحیح رواناب در مدیریت حوضه و طراحی سازه های آبی، از گذشته تا به امروز روش های مختلفی برای مدل سازی بارش-رواناب ارائه شده است که اتومای سلولی یکی از جدیدترین آن ها می باشد. در این روش چشم انداز حوضه با شبکه ای از سلول ها تعریف گردیده و اندرکنش بین سلول ها با استفاده از قوانین حاکم بر فیزیوگرافی حوضه منجر به مدل سازی رواناب می شود. این مدل به GIS و تصاویر ماهواره ای وابستگی دارد و از اطلاعات مختلف DEM، کاربری اراضی، گروه های هیدرولوژیک خاک، بارش، شیب و غیره استفاده می-شود. در این تحقیق رواناب حوضه لیقوان چای در استان آذربایجان شرقی با استفاده از اتومای سلولی مدل سازی شده است. با توجه به سادگی، توانایی بالا، شی ءگرا بودن زبان پایتون و هماهنگی با محیط GIS برای برنامه نویسی به منظور پیاده سازی قوانین تخمین رواناب و گسترش آن بر اساس تکنیک اتومای سلولی از برنامه نویسی با زبان پایتون در GIS استفاده شده است. مقایسه نتایج با مقادیر مشاهداتی در دو ایستگاه هروی و لیقوان با استفاده از معیارهای کارایی ضریب همبستگی، نش- ساتکلیف و جذر میانگین مربعات خطا نشان می دهد که دقت نتایج مطلوب می باشد. مزیت اصلی این روش علاوه بر سادگی و استفاده از قوانین ارتباطی واقع گرایانه، کسب اطلاعات رواناب برای هر نقطه دلخواه از حوضه به غیراز خروجی حوضه است که در این تحقیق برای شش نقطه در درون حوضه سری زمانی سیلاب استخراج گردید. با توجه به آماده بودن برنامه می توان رواناب را برای شرایط مختلف زمانی و مکانی نیز به راحتی تخمین زد یعنی رواناب بلندمدت حوضه و یا ناشی از بارش های لحظه ای را شبیه سازی نمود.

نقشه های پهنه بندی سیلاب، یکی از اطلاعات پایه و مهم در مطالعات طرح های عمرانی در جهان محسوب می شوند. در روش مرسوم تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب، محاسبات بر اساس جریان دائمی با فرض بستر ثابت (بدون در نظر گرفتن انتقال رسوب) انجام می شود. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تأثیر فرسایش و انتقال رسوب رودخانه بر روی پهنه بندی سیلاب رودخانه ها است. در این راستا محاسبات پهنه بندی سیلاب رودخانه آجی چای در مدل HEC-RAS در حالت مرسوم (جریان دائمی با بستر ثابت) محاسبه گردید. در گام بعدی، محاسبات پهنه بندی سیلاب با استفاده از جریان شبه غیردائمی با بستر متحرک انجام شد و با نتایج حاصل از مرحله قبل مقایسه گردید تا میزان تأثیر انتقال رسوب در پهنه بندی سیلاب مشخص گردد. مقایسه بین نتایج به دست آمده در دو حالت جریان دائمی (بستر ثابت) و جریان شبه دائمی با بستر متحرک نشان داد که در مقاطع رسوب گذار، عرض سطح آب در حالت جریان با بستر متحرک افزایش می یابد. بیشترین میزان این افزایش عرض، 19 درصد است؛ به عبارت دیگر در رودخانه مذکور، عرض پهنه بندی سیلاب در روش مرسوم کمتر محاسبه می شود. این موضوع ضرورت بررسی شرایط رودخانه از نظر فرسایش و رسوب گذاری را تأیید می نماید تا زمانی که رودخانه حالت رسوب گذاری دارد میزان پهنه سیلاب با دقت بیشتری تعیین شود. افزایش پهنه سیلاب در مقاطع رسوب گذار، به دلیل انباشت رسوبات در مقطع و به دنبال آن افزایش سطح جریان و عرض پهنه بندی سیل است؛ بنابراین پیشنهاد می شود در رودخانه های رسوب گذار از مدل شبه غیردائمی (بستر متحرک) جهت تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب جهت تأمین ایمنی بیشتر استفاده شود. نتایج این تحقیق نشان دهنده اهمیت ریخت شناسی رودخانه در تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب رودخانه ها به منظور مدیریت سیل است.

امروزه با در دست داشتن مدل های باز تحلیل شده هیدرولوژیکی به راحتی می توان به مقادیر موردنیاز تبخیر در زمان و مکان دلخواه دست پیدا کرد. در مقاله حاضر به بررسی کارایی مدل های بازتحلیل شده هیدرولوژیکی SWBM، HTESSEL، HBV-SIMREG، Ensemble و LISFLOOD برای تخمین مقدار تبخیر از مخزن سد یامچی اردبیل پرداخته شد. جهت ارزیابی کارایی مقادیر تبخیر به دست آمده از مدل های باز تحلیل شده هیدرولوژیکی، از نتایج معادله تحلیلی پنمن و مقادیر هشت رابطه تجربی جهت تخمین تبخیر از سطح آزاد آب استفاده گردید. همچنین در کنار این دو روش، دقت مدل های بازتحلیل شده با روش عصبی پیش خور نیز مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که مقادیر تبخیر حاصل از مدل تحلیلی پنمن دارای ضریب همبستگی 90/0 با داده های به دست آمده از تشت تبخیر منطقه موردمطالعه است. از میان مدل های بازتحلیل شده هیدرولوژیکی بالاترین همبستگی با مقادیر تشت تبخیر توسط مدل LISFLOOD با مقدار 87/0 و RMSE برابر 37/1 میلی متر در روز به دست آمد. نتایج به دست آمده همچنین نشان داد که مقدار MAE مدل LISFLOOD با داده های ثبت شده توسط تشت تبخیر در تخمین تبخیر از مخزن سد یامچی در حدود 14/1 میلی متر در روز بوده است. با توجه به نتایج حاصله می توان بیان کرد که برای تخمین تبخیر از مخازن سد در صورت عدم دسترسی به داده های منطقه، مدل های بازتحلیل شده هیدرولوژیکی می تواند تخمین مناسبی در مقیاس تبخیر روزانه در اختیار کاربر قرار دهد.

لازمه مدیریت بهینه منابع آبی اطلاع از میزان جریان در رودخانه و پیش بینی آن می باشد. افزایش دقت نتایج پیش بینی، هدف بسیاری از محققان است. وجود نویز در داده های هیدرولوژیکی می تواند منجر به کاهش دقت پیش بینی گردد بنابراین در تحقیقات اخیر در کنار توجه به توسعه و ارائه مدل با قابلیت های محاسباتی بالاتر، به بررسی داده های مورد استفاده نیز اهمیت داده می شود. هدف از این تحقیق بررسی تأثیر کاهش نویز (NR) داده های ورودی بر میزان دقت مدل ها می باشد. جهت مطالعه دو رودخانه ی آجی چای و صوفی چای انتخاب و نویز جریان رودخانه با دو روش نظریه آشوب و موجک کاهش گردید. سپس پیش بینی جریان ماهانه ی آنها با مدل ANN در سه حالت استفاده از داده های خام، NRیافته با آشوب و موجک انجام شده است. برای بررسی نتایج، RMSE، ضریب همبستگی و نش-ساتکلیف در این سه حالتِ مدلسازی محاسبه و به ترتیب ذکر می گردد. در رودخانه صوفی چای RMSE با داده های خام و NRیافته با آشوب و موجک 078/0، 045/0 و 034/0، مقدار R2، 846/0، 974/0 و 979/0 و همچنین نش-ساتکلیف 715/0، 948/0 و 958/0 می باشد. در رودخانه آجی چای RMSE در این سه حالت به ترتیب 126/0، 06/0 و 078/0، مقادیر R^2 74/0، 94/0 و 91/0 و نش-ساتکلیف 545/0، 882/0 و 815/0 بدست آمد. می توان گفت به کارگیری داده های NR یافته در مدلسازی جریان رودخانه موجب افزایش دقت پیش بینی می شود. همچنین مقایسه نتایج بین دو روش NR نشان می دهد که در رودخانه آجی چای روش آشوب و در صوفی چای موجک عملکرد بهتری دارد و نمی توان به صورت قطعی یکی از این روش ها را به عنوان روش بهتر جهت NR معرفی نمود.