تدقیق نفوذ آب در خاک در مدل رخدادی سیلاب با استفاده از معادلات توزیع احتمالاتی SCS و مدل HEC-HMS

زمینه و هدف: یکی از بزرگترین چالش های مدل بارش-رواناب، تعیین دقیق نرخ نفوذ آب به خاک به عنوان یکی از پارامترهای تعیین کننده بزرگی و شکل هیدروگراف های سیلاب های تاریخی است. مطالعات صورت گرفته در اقلیم های متفاوت که ریخت شناسی مختلف زمین را نمایش می دهند، حاکی از ضعف روش های پرکاربردی نظیر SCS-CN در تعیین نرخ نفوذ آب به خاک است. برای روش SCS-CN، با نزدیک شدن شاخص ذخیره سازی خاک به بی نهایت، نسبت رطوبت خاک به ۱ نزدیک می شود و این به دلیل محدودیت روش SCS-CN است. در این پژوهش با محوریت همین ضعف در روابط پایه محاسبات تلفات، و رویکرد یکپارچه ای در تعیین نفوذ آب به داخل خاک، بزرگی مقدار سیلاب های رخدادی در حالت تاریخی خود در حوضه آبریز تحلیل شد. اهمیت این تحلیل می تواند در تدقیق بزرگی سیلاب هایی باشد که معیار تعیین سازه ها و یا برنامه های کنترل بحران است.روش پژوهش: با توجه به آنکه به منظور حل مشکل محاسبات نفوذ در مقیاس حوضه، و بر پایه معادلات جدید تعیین تلفات جریان، نیاز به یک معیار همگن اما رستری می باشد، در این پژوهش بر اساس حساسیت تولید شده جریان به مقدار تلفات در بررسی احتمالاتی شاخص های رطوبت و نسبت جریان، اقدام به تهیه یک الگوی عمق-نفوذ از مدل جامع دو بعدی در محدوده شد. در این مطالعه بر اساس روابط جدید تعیین تلفات، محاسبات عددی در محیط نرم افزار و اسکریپت به صورت متوالی و بر اساس خروجی های مدل هیدرولوژیکی صورت پذیرفت. ابتدا تولید ساختار مدل بارش-رواناب HEC-HMS با افزونه های ArcHydro و HEC_GeoHMS در حوضه آبریز شادگان انجام شد. سپس پارامترهای نفوذ به روش SMA در تحلیل تصاویر سنجش از دور از حوضه تعیین شد. در مرحله بعد توسعه مدل تداومی اولیه، واسنجی و صحت سنجی با محوریت اطلاعات رطوبتی خاک انجام شد. پس از تعیین رابطه رطوبت خاک بر اساس نتایج مدل (Soil Wetting)، هیدروگراف رخداد واحد مصنوعی با تعیین حجم سیلاب بر پایه روش ترکیبی SCS-CN و VICتعیین گردید.یافته ها: نتایج کلی اجرای مدل هیدرولیکی دشت سیلابی، نشان داد که حداکثر دبی ورودی به محدوده معادل ۳۰۲۳ متر مکعب بر ثانیه در زمان ساعت ۹۰ رخداد، و حداکثر سیلاب خروجی در زمان ۹۳ با رقم ۲۱۳۷ متر مکعب بر ثانیه بوده است. مقدار دبی در آغاز محاسبات صفر فرض گردیده است. حجم جریان در پایان محاسبات برابر با ۱۴۱.۰۳ میلیون متر مکعب بود که این مقدار از حجم ۹۱۸.۳۶ میلیون متر مکعب در کل رخداد باقی مانده است. درصد اختلاف دبی ورودی و خروجی در حدود ۱۴/۶ درصد به صورت کمبود محاسبه شد. همچنین لایه تغییرات عمق جریان نشان می دهد که تراز آب در محدوده دشت با پر شدن نقاط پست تر سعی در قرار گرفتن در یک حد ممکن و معقول را دارد. آنچنان که بخش زیادی از حجم آب از نوار جنوبی مرزهای تراوا برای ناحیه فعال مدل سازی، در نهایت به دریا خواهد ریخت. با این حال جهت حرکت آب حتی در برخی موارد عمود بر مسیر مستقیم به سمت دریا نیز تخمین زده شده است. این نتایج حاکی از عمق حداکثری ۴/۱۶ متر در برخی نواحی می باشد که کمینه آن به رقم ۳/۵ متر می رسد. نکته مهم آنکه در محدوده دشت با توجه به اندازه سلولی، قطعا در برخی موارد عمق های بسیار کمتر نیز قابل محاسبه است. متوسط عمق در سلول های فعال برابر ۹/۱۱ متر به صورت محلی محاسبه شده است. این ارقام با توجه به رخداد های مختلف بارش می تواند تغییر کند.نتایج: نتایج نشان داد تدقیق نفوذ بر اساس معادلات جدید توزیع مبنا با لحاظ یک شرایط احتمالاتی در تخمین پارامتر شکل حوضه ممکن است. رقوم واسنجی هیدروگراف در واکنش به نفوذ آب در خاک وابسته به تخمین درست رطوبت اولیه خاک دارد. تلفات جریان در حوضه های بزرگ مقیاس بر اساس معادلات توزیع مبنای SCS، به صورت مطلوب تری حاصل می شود. مدل های عددی و هیدرولوژیکی نظیر HEC-HMS و یا مدل ساز هایی نظیر HEC_GeoHMS به منظور مرزبندی بالادست جریان، کاملا وابسته به لایه خام DEM معرفی شده هستند. تغییرات پوشش زمین در نواحی مسطح می تواند عملا مرز بسته شده حوضه آبریز را نسبت به واقعیت زمین در مدل های شبیه سازی متفاوت خروجی دهد. روش هیدورگراف واحد با توجه به پیش فرض های اساسی نظیر ضرایب واسنجی، می توانند جایگزین خوبی برای نواحی فاقد آمار بارش-دبی باشند. همچنین مدل نرم افزاری TUFLOW بهترین پاسخ گویی به جریان یک بعدی به دو بعدی را برای دشت شادگان با توجه به نوع شرایط مرزی داد.

کلیدواژه ها:

تدقیق نفوذ ، مدل رخدادی سیلاب ، معادلات توزیع احتمالاتی SCS ، مدل HEC-HMS