ارزیابی مولفه های هیدرولوژیکی حوضه با کمک مدل مفهومی پیوسته بارش- رواناب شماره منحنی اصلاح شده

Abstract

سابقه و هدف: مدل های شبیه سازی هیدرولوژیکی پیوسته و روزانه یکی از بهترین ابزارهای برآورد رواناب حاصل از بارندگی می باشند. این مدل ها با شبیه سازی فرایند تبدیل بارش به رواناب قادر به تخمین میزان رواناب حوضه های آب ریز فاقد ایستگاه اندازه گیری با کمترین زمان و هزینه ممکن می باشند. هدف این مقاله معرفی یک روش مدلسازی پیوسته، مفهومی و روزانه بارش-رواناب بر مبنای روش شماره منحنی تغییر یافته است که با استفاده از آن بتوان علاوه بر رواناب خروجی حوضه ، غالب یا مغلوب بودن فرآیند های هیدرولوژیکی مدل را نیز مشخص کرد.<br /> مواد و روش ها: درتحقیق حاضر مدل بارش-رواناب بر اساس مدل شماره منحنی اصلاح شده ،به صورت یکپارچه، مفهومی و در مقیاس روزانه در محیط برنامه نویسی متلب کدنویسی شد و با استفاده ازالگوریتم بهینه سازیPSO و تابع هدف ناش-ساتکلیف (NSE) واسنجی گردید. واسنجی مدل توسط الگور یتم PSO (کدنویسی شده در زبان برنامه نویسی متلب) و با تکرار نه هزار مرتبه اجرای مدل، انجام شد. بدین ترتیب که ، ابتدا متغیرهای تصمیم (پارامترهای مدل )در محدوده مشخص شده به صورت تصادفی مقداردهی اولیه شده و سپس الگوریتم PSOاجرا اشده و سری پارامتر بهینه محاسبه گردید. ضمن آنکه در مرحله شبیه سازی مدل ذکر شده با استفاده از داده های ایستگاه معرف جهانی برای حوضه لیف واقع در شمال شهرکالینز در ایالت می سی سی پی آمریکا و همچنین یکی از زیرحوضه های کرخه در داخل کشور واسنجی و صحت سنجی شده است.<br /> یافته ها : مقایسه مقادیر رواناب مشاهده شده و شبیه سازی شده در حوضه لیف با کمک آماره های ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ، ضریب ناش-ساتکلیف (NSE) و معیار کلینگ گوپتا (KGE) به ترتیب در دوره ی واسنجی 4/1 ، 81/0و 87/0 و در دوره ی صحت سنجی 53/2، 83/0 و 86/0 نشان از عملکرد مناسب و قابل قبول مدل داشت. نتایج معیارهای مذکور در زیر حوضه قره سو نیز قابل قبول برآورد گردید ولی به دلیل کیفیت بالاتر داده های حوضه لیف نتایج آن نسبتاً بهتر ارزیابی می گردد. نتایج مدل حاضر با خروجی های مشابه از مدل مفهومی بارش– رواناب روزانه Hymod (و با حیث ورودی های یکسان) مقایسه گردید. به طور کلی برتری نسبی مدل Hymod در مقایسه نتایج در هر دو حوضه به چشم می خورد که دلیل آن را شاید بتوان در عدم قطعیت کمتر ناشی از تعداد کمتر پارامترها و روابط ساده تر مدل Hymod جستجو کرد. ضمن آنکه مدل ارائه شده مبتنی بر شماره منحنی علی رغم دارا بودن معیارهای کمتر از مدل hymod به دلیل محاسبه مولفه های مختلف هیدرولوژیکی شامل جریان میانی، جریان پایه، تلفات اولیه، نفوذ زیرسطحی، زهکشی و رواناب سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و اطلاعات دقیق تری از فرآیند های غالب موثر در رژیم هیدرولوژیکی زیرحوضه ها را در اختیار قرار می دهد. <br /> نتیجه گیری: مدل (SCS–CN)اصلاح شده مدلی مفهومی بوده که رواناب را با استفاده از داده های بارش و تبخیر- تعرق پتانسیل روزانه و با دقت مناسب محاسبه می نماید. مزیت اصلی این مدل نسبت به سایر مدل های مفهومی (به عنوان مثال hymod در این تحقیق) برآورد اجزای هیدرولوژیکی مدل و تعیین پروسه غالب حوضه آبریز مورد مطالعه می باشد. در این تحقیق می توان سه جز اصلی نفوذ، تبخیر و رواناب سطحی را به ترتیب فرآیندهای غالب در حوضه آبریز لیف و همان فرآیندها ولی با ترتیب از آخر به اول را فرآیندهای غالب در زیر حوضه قره سو دانست. بنابراین مدیریت حوضه آبریز با کمک خروجی های خاص ناشی از این نوع مدل ها (درصد مقادیر اجزاء مختلف رابطه بیلان هیدرولوژیکی) به نحو بسیار موثرتری قابل حصول می باشد.