توسعه مدل توزیعی زمان تمرکز حوزه‌های آبخیز با استفاده از ‏GIS‏ و برنامه‌نویسی شی‌‌گرا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مربی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

در محاسبه زمان تمرکز حوضه‌ها، اغلب از معادلات زمان تمرکز به­صورت یک­پارچه استفاده می‌شود که در نتیجه امکان دسترسی به این پارامتر در مکان‌های مختلف حوضه وجود ندارد. در این تحقیق، با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی شی‌گرا و در محیط GIS، یک مدل توزیعی طراحی­شده، که قادر است زمان تمرکز سلول‌های حوضه را، تا سلول خروجی محاسبه نموده، آن­را به‌صورت یک نقشه رستری تولید نماید. اطلاعات ورودی مدل شامل لایه مدل ارتفاعی رقومی زمین، لایه شدت بارندگی، لایه ضریب مانینگ و لایه شبکه آبراهه‌ای حوضه است. از مهم‌ترین لایه‌‌های اطلاعاتی خروجی آن می‌توان  لایه‌های شیب، لایه الگوی جهت جریان آب، لایه تجمعی جریان آب و لایه سطوح هم‌تمرکز حوضه را نام برد. در این مدل، سلول‌های حوزه آبخیز به دو دسته کلی شامل سلول‌های آبراهه‌ای و سلول‌های سطح حوضه طبقه‌بندی می‌شوند. از معادلات کرپیچ و موج سینماتیک به­ترتیب برای محاسبه زمان تمرکز سلول‌های آبراهه‌ای و سطح حوضه استفاده شده است. همچنین از مدل بارش-رواناب RAFTS به­منظور ارزیابی صحت برآورد زمان تمرکز حاصل از مدل TC استفاده شده است. نتایج حاصل از مدل زمان تمرکز، نشان می‌دهد که زمان محاسبه شده به­وسیله مدل TC، انطباق مناسبی با زمان واقعی، که از طریق به­کارگیری وقایع مشاهده‌ای در مدل هیدرولوژیکی RAFTS انجام شده، داشته است. نظر به­ این­که پاسخ حوضه برای کلیه وقایع مورد استفاده در مدل هیدرولوژیکی مذکور، بر‌اساس شدت‌های مختلف بارندگی و زمان تمرکز یک­سان شکل می‌گیرد، لذا بروز رفتارهای متفاوت در هیدروگراف‌های سیل منطقی به‌نظر می‌رسد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a distributed model for catchment time of ‎concentration using GIS and object oriented programming

نویسندگان [English]

  • Seyed Mahmoud Reza Tabatabaei
  • Mohammad Roghani
Scientific Board, Soil Conservation and Watershed Management Research ‎Institute, Iran
چکیده [English]

In calculation of catchments time of concentration, TC, lump equations are often used. Therefore, TC is not accessible for different parts of the catchments. In this research, using object oriented programming in the GIS environment a fully distributed model has been designed and developed. The model is able to calculate the time of concentration for any parts of the catchment to its outlet in a raster map. Model input layers are DEM, rainfall intensity, Manning’s roughness coefficient and catchment stream network. The most important outputs of the model are slope, flow direction and flow accumulation layers and isochronal surfaces. In the presented model, catchment cells are divided into two basic classes including channel cells and overland flow cells. Kirpitch and Kinematic wave equations have been used to calculate the time of concentration for the channel and overland flow cells respectively. In addition, rainfall-runoff hydrologic software, RAFTS-XP, has been used to evaluate the accuracy of TC model results. The result of TC model shows that calculated travel time had suitable synchronization to real time, which has been estimated using observed events and the calibration of RAFTS-XP. Considering the point that catchment response for all events which used by RAFTS-XP is based on different rainfall intensities with identical time of concentration, so observing different behaviors in flood hydrographs seems reasonable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Avenue
  • C++
  • Flow accumulation
  • Flow direction
  • GIS programming