مدل هیدرولوژیکی

استفاده از مدل های هیدرولوژیکی یکی از روش های رایج در تجزیه وتحلیل کمی حوضه های آبخیز است. پیشرفت های اخیر در زمینه سازی های بارش –رواناب که انعطاف بیشتری در حل مسائل و پدیده های هیدرولوژیکی دارند، آن ها را جایگزین مناسبی به جای روابط تجربی کرده است. به طور مرسوم در پژوهش های صورت گرفته پیشین مبتنی بر بهینه سازی مدل در همان مقیاس محلی موردبررسی قرارگرفته که فاقد عمومیت مکانی است. هدف این مطالعه ارائه پارامترهایی با اندازه معین است تا در سطح عمومی تری برای تمام زیرحوضه ها پاسخ قابل قبولی را ارائه دهد. بدین منظور پارامترهایی از مدل هیدرو گراف سیلاب که در هیدروگراف سیلاب نقش دارند، در مقیاس زیرحوضه ای و بزرگ مقیاس مورد مقایسه قرارگرفته است. در این مطالعه از مدلHEC-HMSبرای مدل سازی رواناب زیر حوضه ها و میزان رواناب خروجی از حوضه استفاده شده است؛ برای ساختار مدل از عوامل شماره منحنی SCS برای روش تلفات و هیدروگراف واحد SCS جهت روش انتقال استفاده شد. به منظور واسنجی ابتدا بهینه سازی پارامترها در هریک از زیرحوضه ها به صورت جداگانه انجام گرفت و سپس مقدار عمومی پارامترها با به دست آوردن اندازه ثابتی از پارامترهای حساس که در همه زیر حوضه ها پاسخ قابل قبولی ارائه دهند، انجام شد. یافته های تحقیق نشان می دهد که گرچه کارایی مدل در واسنجی با پارامترهای محلی برتر از واسنجی با استفاده از پارامترهای بزرگ مقیاس است، ولی ایستایی پارامترهای عمومی بهتر است. به منظور ارزیابی کارایی مدل از شاخص Nash-sutcliffeاستفاده گردید که این شاخص برای کالیبراسیون محلی ۸۵/۰ و کالیبراسیون بزرگ مقیاس ۶۵/۰ به دست آمد که در دامنه مطلوبی برای شبیه سازی قرار دارد.

مدل سازی توزیعی مکانی فرآیند بارش – رواناب در حوضه های آبخیز با توجه به کمی سازی مقادیر مولفه های گوناگون هیدرولوژیکی در هر نقطه از حوضه آبخیز ابزار مناسبی را برای مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، طراحی سازه های کنترل سیل و شبیه سازی سناریوهای مختلف مدیریت حوضه آبخیز اهمیت ویژه ای دارد. در این پژوهش، از مدل KINEROS2 ، برای ارزیابی توزیع مکانی مقادیر مولفه های فرآیند بارش - رواناب جهت شناسایی پتانسیل تولید رواناب سطحی و پهنه های سیل خیز در حوضه آبخیز قورچای رامیان در شرق استان گلستان با مساحتی بالغ بر 254 کیلومترمربع استفاده شده است.  برای ارزیابی کارایی مدل، تعداد شش واقعه سیلاب و بارش متناظر حوضه آبخیز که دارای داده های ثبت شده بودند انتخاب و به دو دسته سه تایی تقسیم شد.  از دسته اول جهت اجرا و واسنجی و از دسته دوم جهت اعتبارسنجی مدل استفاده گردید. کاربری غالب آین آبخیز جنگل های هیرکانی و اراضی زراعی شیبدار می باشد. شبیه سازی فرآیند بارش - رواناب با گام زمانی ساعتی انجام شد. نتایج ارزیابی کارآیی مدل در حوضه آبخیز قورچای رامیان نشان داد که مدل KINEROS2 از بین مؤلفه های هیدرولوژیکی، دبی اوج و زمان تا اوج هیدروگراف سیل را به خوبی شبیه سازی می کند ولی در برآورد حجم سیل کارآیی خوبی ندارد. نقشه خروجی عمق رواناب شبیه سازی شده نشان می دهد که مناطق مختلف حوضه آبخیز دارای پتانسیل متفاوت سیلخیزی می باشند. بطوریکه بخش های میانی حوضه که دچار تغییرات کاربری اراضی گسترده ای از جنگل به اراضی زراعی شیبدار شده اند دارای خطر سیلخیزی بالا می باشند و بخش بالادست حوضه آبخیز علیرغم شیب زیاد پتانسیل سیلخیزی کمی دارد.

حوضه های آبریز سیستم های بازی هستند که با توجه به پیچیدگی آن و برای دست یافتن به اهداف موردنظر، اقدام به مدل سازی می شود. از طریق مدل سازی هزینه ی مطالعه برای سامانه های پی چیده کاهش می یابد، زیرا انجام آزمایشات صحرایی در سطح وسیع بسیار پرهزینه و یا غیرممکن هستند. همچنین از طریق تحلیل نتایج حاصل از مدل می توان بخوبی حوضه های آبریز را مدیریت کرد. در این پژوهش میزان عملکرد مدل بارش-رواناب IHACRES در شبیه سازی رواناب حوضه ی آبریز لنبران ارزیابی گردید. داده های ماهانه بارندگی و دمای ایستگاه ورزقان به عنوان متغیرهای ورودی برای شبیه سازی جریان و داده های مشاهداتی دبی در ایستگاه هیدرومتری کاسین برای سنجش دقت مدل IHACRES به کار گرفته شد. بر اساس سال های موجود، از داده های سال 2002-2000 برای سازگاری مدل و 2012-2003 برای واسنجی و 20016-2013 برای اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفتند. برای بررسی توانایی مدل IHACRES در شبیه سازی رواناب از معیار ضریب نش – ساتکلیف استفاده گردید. نتایج نشان داد که این ضریب 71/0 و 74/0 به ترتیب برای واسنجی و اعتبارسنجی بدست آمد. بنابراین با توجه به نتایج حاصل از ارزیابی مدل IHACRES با استفاده از معیارهای عملکردی مختلف و به دلیل کاربری آسان، و ورودی های کمتر و کاهش صرف زمان می توان استفاده از این مدل را جهت شبیه سازی و پیش بینی رواناب در مقیاس ماهانه در حوضه ی آبریز لنبران توصیه نمود و از آن جهت بررسی و مطالعه ی رواناب سطحی و جریان رودخانه ای طی دوره های آتی استفاده کرد.

این مطالعه روش استفاده از مدل CA-Markov را برای پیش بینی استفاده از زمین توزیع شده در حوضه رودخانه گرگان رود در سال 2040 بر اساس تکامل تاریخی توصیف می کند. تغییرات کاربری اراضی آتی برای سال 2040 با استفاده از مدل یکپارچه CA-Markov با توجه به سناریوی تداوم فرآیند مدیریت فعلی شبیه سازی شده است. این روش به عنوان ابزاری، برای مدیریت خطرات سیل، و طراحی هیدروگراف دوره های بازگشت مورد استفاده قرار گرفت. منحنی های شدت-مدت(IDF) در سه دوره زمانی به صورت دوره تاریخی(1980-1999در)، دوره اخیر(2000-2020) و دوره آینده (2021-2040) تحت شرایط تغییر اقلیم، استخراج و تغییرات آنها مورد بررسی قرار گرفت. برای شرایط آینده از مدل CAMS-CSM1-0 از مجموعه مدل های CMIP6 برای دو سناریو خوشبینانه (SSP2-4-5) و بدبینانه (SSP-5-8.5) استفاده شده است. سپس مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS برای بررسی تأثیر تغییر کاربری زمین بر پاسخ های هیدرولوژیکی حوضه زهکشی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج پیش بینی مدل CA-Markov حاکی از کاهش 13/89% اراضی جنگلی از سال 2020 تا سال 2040 می باشد. حجم سیلاب 53/88%، نسبت به سال 2020 افرایش خواهد داشت. افزایش بیشتر شهرنشینی و تخریب اراضی جنگلی منجر به تغییر بیشتر اوج سیل و تغییر حجم می شود. با بررسی هیدروگراف دبی در دوره بازگشت های مختلف، برای سه سناریو بارشی مشخص شد بارش و تغییرات کاربری نقش موثری در افزایش دبی اوج و حجم سیلاب داشته استه با توجه به کاهش 24 درصدی بارندگی در سناریو سوم(2021-2040) نسیت به ستاریو اول، دبی اوج در این سناریو برای دوره بازگشت 100 ساله به میزان 96/.3%، نسبت به سناریو اول افزایش داشته است.