The flow hydrograph modeling using GIS and distributed hyrdological model, in Dinvar Watershed, Karkheh, Iran
محورهای موضوعی : Irrigation and Drainageمریم آذین‏ مهر 1 , عبدالرضا بهره‏ مند 2 , آتنا کبیر 3
1 - دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
2 - گروه آبخیزداری و مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
3 - دانش آموخته دکتری، گروه آبخیزداری، واحد علوم تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
کلید واژه: simulation, GIS, Flow hydrograph, Karkheh River, WetSpa, هیدروگراف جریان, پیش&rlm, بینی, رودخانه کرخه, GIS و WetSpa,
چکیده مقاله :
In this paper, the modeling is based on division of the catchment into a grid mesh. Each cell has a unique response function independent of the functioning of other cells Summation of the flow responses from the cells, result the flow hydrograph from this area basin.A method is presented to simulation the flow hydrograph within a river basin using the hydrological model WetSpa. WetSpa is a GIS-based distributed hydrological model, which operates on catchment scale and developed for flood prediction and watershed management. The model is physically based and simulates hydrological processes of precipitation, snowmelt, interception, depression, surface runoff, infiltration, evapotranspiration, percolation, interflow, groundwater flow, etc. continuously both in time and space, for which the water and energy balance are maintained on each raster cell. The model combines topography, landuse and soil maps, and observed daily meteorological time series to predict discharge hydrographs and the spatial distribution of hydrological parameters in the catchment. The digital maps of topography, land use and soil type are 3 base maps used in the model in GIS form using 100×100m cell size. The model was applied on the Dinvar Watershed in the Karkheh river basin of Kermanshah, with 72 months of meteo-hydrological measurements. Results of the simulations show a good agreement between calculated and measured hydrographs at the outlet of the basin. The model predicts the daily hydrographs with a good accuracy, between 66% during the calibration according to the Nash-Sutcliff criteria and 72% during validation period by Kling-Gupta Efficiency.
در این مقاله اساس مدل سازی در حوزه بصورت تقسیم بندی آن بصورت شبکه ای می باشد، به طوری که هر سلول یک تابع پاسخ مستقل و منحصر به فردی نسبت به سایر سلول ها دارد. از مجموع پاسخ های جریان سلول ها، هیدروگراف جریان از سطح حوزه حاصل می شود. روش ارائه شده، پیش بینی هیدروگراف جریان حوزه رودخانه با استفاده از مدل هیدرولوژیکی WetSpa است. WetSpa یک مدل هیدرولوژیکی- توزیعی بر پایه GIS میباشد که در مقیاس حوزه عمل کرده و برای پیش بینی سیلاب و مدیریت حوزه آبخیز توسعه یافته است. مدل فیزیکی بوده و قادراست فرایندهای هیدرولوژیکی بارش، ذوب برف، ذخیره برگابی، ذخیره چالابی، رواناب سطحی، نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی، جریان زیر سطحی، جریان آب زیر زمینی و... را به طور پیوسته در زمان و مکان شبیه سازی نموده و تعادل آب و انرژی را در هر سلول رستری برقرار نماید. مدل از لایه های توپوگرافی، کاربری و خاک و همچنین آمار هواشناسی روزانه برای پیش بینی هیدروگراف های سیل و توزیع مکانی پارامترهای هیدرولوژیکی حوزه استفاده می نماید. نقشه های رقومی توپوگرافی، کاربری اراضی و بافت خاک سه نقشه اصلی مدل بوده که در قالب GIS و با ابعاد سلولی100 ×100 متر به مدل وارد شدند. مدل با 76 ماه آمار هیدرومتئورولوژیکی اندازهگیری شده در حوزه دینور کرخه در کرمانشاه به کار برده شد. نتایج شبیه سازی حاکی از تطابق خوب بین هیدروگراف های شبیه سازی و مشاهدهای است به طوریکه مدل قادر است هیدروگراف های روزانه را با دقت خوب و بر اساس معیار ناش-ساتکلیف دوره واسنجی و کلینگ- گوپتا دوره اعتبارسنجی به ترتیب 66 درصد و 72 درصد پیش بینی نماید.
آذین مهر، م.(1391). شبیه‌سازی اثر سناریوهای تغییر کاربری اراضی بر هیدروگراف جریان حوزه آبخیز دینور با استفاده از مدل هیدرولوژیکی توزیعی - مکانی WetSpa. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 175ص.
بیات،ب.، متکان، ع.، زینیوند، ح.، غفوری، ع. و باقری نژاد، ا. (1389). شبیه‌سازی بیلان آبی حوزه آبخیز با استفاده از مدل WetSpa در محیط جی آی اس (مطالعه موردی: حوزه آبخیز مرک، استان کرمانشاه). دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی تهران.
رستمیان، ر. (1385). تخمین رواناب و رسوب در حوزه بهشت آباد در کارون شمالی با استفاده از مدل SWAT2000. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشکده آبیاری و زهکشی دانشگاه صنعتی اصفهان.
کبیر، آ. (1389). کاربرد و توسعه مدل هیدرولوژیکی توزیعی - مکانی WetSpa برای شبیه‌سازی رواناب در حوزه آبخیز گرگانرود، استان گلستان. رساله دکتری آبخیزداری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران.
کبیر، آ.، بهره مند، ع. آذین مهر، م. (1391). مدل WetSpa (دستورالعمل و کاربرد)، چاپ اول، انتشارات ارسطو مشهد.
مرادی‌پور، ش. (1390). شبیه‌سازی بیلان آب با مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی WetSpa، نهمین همایش آبخیزداری. دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
مهدوی، م. (1384). هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ پنجم. جلد دوم.
یعقوبی، ف.، بهره‌مند، ع.، نورا، ن. (1389). بررسی بیلان آبی حوزه آبخیز چهل‌چای با استفاده از شبیه‌سازی جریان روزانه با مدل WetSpa، اولین همایش ملی تحقیقات منابع طبیعی ایران، دانشگاه کردستان. 1389.
Bahremand, A., Corluy, j,. Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2005). Stream flow simulation by WetSpa model in Hornad river basin, Slovakia, Floods, from Defence to Management–Van Alphen, van Beek &Taal (eds), Taylor & Francis Group, London. Water Resource Management. 21, pp: 1373-1391.
Bahremand, A. (2006). Simulating the effects of reforestation on floods using spatially distributed hydrologic modeling and GIS. PhD Thesis. Brussel Belgium: Vrije Universiteit.
Beven. K. J. (2001). Rainfall-runoff modelling: the primer, Wiley, Chichester, UK.
De Smedt, F., Liu, Y. B. and Gebremeskel, S. (2000). Hydrological modeling on a catchment scale using GIS and remote sensed land use information, in: C.A. Brebbia (ed.), Risk Analysis II, WTI press, Boston, pp: 295-304.
Gebremeskel, S., Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2002). GIS based distributed modeling for flood estimation, proceeding of th Twenty-Second Annual American Geophysical Union Hydrology Days.
Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2005). Flood modeling for complex terrain using GIS and Remote Sensed Information. Water Resour Manag. 19, pp:605-624.
Liu, Y. B., Gebremeskel, S., De Smedt, F., Hoffmann, L. and Pfister, L. (2003). A diffusive transport approach for flow routing in GIS-based flood modeling. Hydrol, 283, pp: 91-106.
Safari, A., De Smedt, F. and Moreda, F. (2009). WetSpa model application in the Distributed Model Intercomparison Project (DMIP2). Hydrology.
Wang, Z. M., Batelaan, O. and De Smedt, F. (1996). A distributed model for water and energy transfer between soil, plants and atmosphere (WetSpa). J. Phys. Chem. Earth. 21, pp: 189-193.
Zeinivand, H. (2009). Development of spatially distributed hydrological WetSpa modules for Snowmelt, Soil Erosion, and Sediment Transport PhD Thesis. Brussel Belgium: Vrije Universiteit.
