تخمین جریان سطحی و زیرسطحی حوزه های آبخیز به روش هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی

مقدمه تخمین سیلاب حوزه های آبخیز بدون آمار برای طراحی سازه های هیدرولیکی بسیار حائز اهمیت است. جریان کل سیلاب در حوزه های آبخیز از دو بخش جریان سطحی و زیرسطحی تشکیل شده است. در حوضه های با نفوذپذیری بالا جریان زیرسطحی سهم مهمی در رواناب کل حوضه دارد و در این موضوع تحقیقات کمی انجام شده است. مکانیسم رواناب در حوضه ها به دو شکل مکانیسم هورتونی که خاک از بالا اشباع می شود و مکانیسم دانی بلاک که خاک از زیر اشباع می شود و در این تحقیق از مکانیسم دانی بلاک استفاده شده است.   مواد و روش ها یکی از روش های پیش بینی هیدروگراف جریان سطحی و زیرسطحی حوضه ها، استفاده از روش هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک بر اساس اطلاعات ژئومورفولوژیک حوضه های فاقد آمار است. اطلاعات ژئومورفولوژیکی حوضه ها با استفاده از نرم افزار ArcGIS و الحاقیه های هیدرولوژیکی محاسبه می شوند. روش GIUH، قابلیت جداسازی جریان سطحی و زیرسطحی را از کل جریان دارد. مدل GIUH در تحقیقات گذشته بیشتر برای تخمین جریان سطحی استفاده شده است، لذا معادلات این مدل گسترش یافته تا بتوان هیدروگراف جریان زیر سطحی کل حوضه را تخمین زد. در این پژوهش از مدل GIUH برای تخمین جریان سطحی و زیرسطحی دو حوضه کسیلیان در ایران و حوضه گاجاس در کشور هند استفاده شد.   نتایج و بحث مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) ارائه شده در این پژوهش و برای تحلیل جریان سطحی و زیرسطحی دو حوضه کسیلیان (ایران) و گاجاس (هند) به کار گرفته شد. نتایج حاصل از شبیه سازی برای چهار رویداد بارندگی-رواناب در هر دو حوضه نشان داد که مدل توانایی مناسبی در تخمین هیدروگراف کل و مولفه های آن دارد. مقایسه دبی های پیک برآوردی و مشاهده ای در حوضه کسیلیان نشان داد که مقدار دبی پیک شبیه سازی شده در تاریخ ۱۰ می ۱۹۹۲ برابر با ۱۰.۱ مترمکعب بر ثانیه بوده، درحالی که مقدار مشاهده ای آن ۱۱.۸ مترمکعب بر ثانیه است. این اختلاف در دیگر رویدادها نیز در محدوده سه تا ۱۶ درصد قرار داشت که نشان دهنده دقت قابل قبول مدل در تخمین رواناب است. در حوضه گاجاس، مقدار حداکثر دبی کل جریان بین ۴۴ تا ۱۱۰ مترمکعب بر ثانیه متغیر بود و جریان زیرسطحی حدود پنج تا شش درصد از کل جریان را تشکیل می داد. در حوضه کسیلیان، مقدار دبی کل بین ۱.۶ تا ۱۲ مترمکعب بر ثانیه و مقدار دبی پیک جریان زیرسطحی بین ۳۵ تا ۶۰ لیتر بر ثانیه برآورد شد. بررسی ارتباط بین میزان بارندگی و دبی پیک جریان زیرسطحی نشان داد که کاهش بارندگی منجر به کاهش دبی پیک جریان زیرسطحی شده است. تحلیل حساسیت مدل نشان داد که ضریب هدایت هیدرولیکی خاک یکی از موثرترین پارامترها بر روی شبیه سازی جریان زیرسطحی است. در خاک های با ضریب هدایت هیدرولیکی بالا، جریان زیرسطحی سهم بیشتری از کل جریان را تشکیل داده و زمان تاخیر هیدروگراف افزایش می یابد. برای نمونه، در صورتی که ضریب هدایت هیدرولیکی خاک حوضه کسیلیان از ۰.۰۰۲۵ به ۰.۰۰۰۹ متر بر ثانیه کاهش یابد، مقدار دبی پیک جریان زیرسطحی از ۰.۳۵ به ۱.۳ مترمکعب بر ثانیه افزایش خواهد یافت. همچنین، بررسی تاثیر ضریب مانینگ صفحات نشان داد که کاهش مقدار این ضریب از ۰.۲ به ۰.۴، موجب کاهش ۳۱ درصدی مقدار دبی پیک سیلاب می شود. این یافته ها بر اهمیت ویژگی های هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی حوضه در برآورد دقیق رواناب و طراحی سازه های کنترل سیلاب تاکید دارد.   نتیجه گیری در این پژوهش، مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) برای تخمین رواناب سطحی و زیرسطحی در دو حوضه کسیلیان (ایران) و گاجاس (هند) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل دقت مناسبی در برآورد دبی پیک دارد، به طوری که خطای تخمین در کسیلیان بین سه تا ۱۶ درصد و در گاجاس بین ۱.۶ تا ۱۲ درصد بود. همچنین، جریان زیرسطحی در حوضه های با نفوذپذیری بالا سهم قابل توجهی دارد و در حوضه گاجاس به طور میانگین پنج تا شش درصد از کل جریان را تشکیل داد. تحلیل حساسیت نشان داد که افزایش ضریب هدایت هیدرولیکی، پیک جریان زیرسطحی را افزایش می دهد، درحالی که کاهش ضریب مانینگ صفحات موجب افزایش پیک سیلاب شد. این یافته ها اهمیت ویژگی های ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی را در مدل سازی رواناب تایید می کند. درنهایت، مدل GIUH می تواند ابزار مناسبی برای مدیریت سیلاب و ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز باشد.

کلیدواژه ها:

پیک جریان ، حوضه کسیلیان ، رواناب زیرسطحی ، رواناب سطحی ، گاجاس