حمیدرضا باباعلی؛ مصطفی اکبری خیر آبادی؛ تورج سبزواری
چکیده
مقدمه
تخمین سیلاب حوزه‌های آبخیز بدون آمار برای طراحی سازه‌های هیدرولیکی بسیار حائز اهمیت است. جریان کل سیلاب در حوزه‌های آبخیز از دو بخش جریان سطحی و زیرسطحی تشکیل شده است. در حوضه‌های با نفوذپذیری بالا جریان زیرسطحی سهم مهمی در رواناب کل حوضه دارد و در این موضوع تحقیقات کمی انجام شده است. مکانیسم رواناب در حوضه‌ها به دو شکل مکانیسم ...
بیشتر
مقدمه
تخمین سیلاب حوزه‌های آبخیز بدون آمار برای طراحی سازه‌های هیدرولیکی بسیار حائز اهمیت است. جریان کل سیلاب در حوزه‌های آبخیز از دو بخش جریان سطحی و زیرسطحی تشکیل شده است. در حوضه‌های با نفوذپذیری بالا جریان زیرسطحی سهم مهمی در رواناب کل حوضه دارد و در این موضوع تحقیقات کمی انجام شده است. مکانیسم رواناب در حوضه‌ها به دو شکل مکانیسم هورتونی که خاک از بالا اشباع می‌شود و مکانیسم دانی بلاک که خاک از زیر اشباع می‌شود و در این تحقیق از مکانیسم دانی بلاک استفاده شده است.
مواد و روش‌ها
یکی از روش‌های پیش‌بینی هیدروگراف جریان سطحی و زیرسطحی حوضه‌ها، استفاده از روش هیدروگراف واحد لحظه‌ای ژئومورفولوژیک بر اساس اطلاعات ژئومورفولوژیک حوضه‌های فاقد آمار است. اطلاعات ژئومورفولوژیکی حوضه‌ها با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS و الحاقیه‌های هیدرولوژیکی محاسبه می‌شوند. 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 لحظه‌ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) ارائه شده در این پژوهش و برای تحلیل جریان سطحی و زیرسطحی دو حوضه کسیلیان (ایران) و گاجاس (هند) به‌کار گرفته شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی برای چهار رویداد بارندگی-رواناب در هر دو حوضه نشان داد که مدل توانایی مناسبی در تخمین هیدروگراف کل و مؤلفه‌های آن دارد. مقایسه دبی‌های پیک برآوردی و مشاهده‌ای در حوضه کسیلیان نشان داد که مقدار دبی پیک شبیه‌سازی‌شده در تاریخ ۱۰ می ۱۹۹۲ برابر با 10.1 مترمکعب بر ثانیه بوده، درحالی‌که مقدار مشاهده‌ای آن 11.8 مترمکعب بر ثانیه است. این اختلاف در دیگر رویدادها نیز در محدوده سه تا ۱۶ درصد قرار داشت که نشان‌دهنده دقت قابل‌قبول 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 می‌داد. در حوضه کسیلیان، مقدار دبی کل بین 1.6 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 مؤثرترین پارامترها بر روی شبیه‌سازی جریان زیرسطحی است. در خاک‌های با ضریب هدایت هیدرولیکی بالا، جریان زیرسطحی سهم بیشتری از کل جریان را تشکیل داده و زمان تأخیر هیدروگراف افزایش می‌یابد. برای نمونه، در صورتی که ضریب هدایت هیدرولیکی خاک حوضه کسیلیان از 0.0025 به 0.0009 متر بر ثانیه کاهش یابد، مقدار دبی پیک جریان زیرسطحی از 0.35 به 1.3 مترمکعب بر ثانیه افزایش خواهد یافت. همچنین، بررسی تأثیر ضریب مانینگ صفحات نشان داد که کاهش مقدار این ضریب از 0.2 به 0.4، موجب کاهش ۳۱ درصدی مقدار دبی پیک سیلاب می‌شود. این یافته‌ها بر اهمیت ویژگی‌های هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی حوضه در برآورد دقیق رواناب و طراحی سازه‌های کنترل سیلاب تأکید دارد.
نتیجه‌گیری
در این پژوهش، مدل هیدروگراف واحد لحظه‌ای 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، به‌طوری که خطای تخمین در کسیلیان بین سه تا ۱۶ درصد و در گاجاس بین 1.6 تا ۱۲ درصد بود. همچنین، جریان زیرسطحی در حوضه‌های با نفوذپذیری بالا سهم قابل‌توجهی دارد و در حوضه گاجاس به‌طور 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 می‌دهد، درحالی‌که کاهش ضریب مانینگ صفحات موجب افزایش پیک سیلاب شد. این یافته‌ها اهمیت ویژگی‌های ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی را در مدل‌سازی رواناب تأیید می‌کند. درنهایت، مدل GIUH می‌تواند ابزار مناسبی برای مدیریت سیلاب و ارزیابی پاسخ هیدرولوژیکی حوزه‌های آبخیز باشد.
