مهندسی و مدیریت آبخیز

با همکاری انجمن آبخیزداری ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

راهنمای نویسندگان

راهنمایی دریافت کد ORCID

داوران

راهنمای عضویت در Publons

واسنجی فیلترهای رقومی برگشتی بهمنظور تفکیک جریان پایه، مطالعه موردی: حوضه کرخه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 استاد، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

تعیین سهم جریان­‌های زیرسطحی در جریان رودخانه، می‌تواند در تحلیل جریان رودخانه، مدل‌سازی بارش-رواناب و واسنجی مدل‌ها، مدیریت آب در شرایط کم‌آبی و تعیین میزان ذخیره آبخیز مفید باشد. در این پژوهش، تعداد 22 ایستگاه آب­‌سنجی با آمار مناسب و دوره مشترک آماری سال‌های آبی1391-1361 انتخاب شدند. روند تغییرات جریان در طی ماه‌های سال برای کلیه ایستگاه‌­های آب‌سنجی منطقه پژوهش ترسیم و خشک‌ترین ماه سال تعیین شد. سپس،  واسنجی شش الگوریتم رقومی برگشتی­ با استفاده از داده­‌های دراز مدت خشک‌­ترین ماه سال انجام و پس از به­‌دست آوردن پارامترهای بهینه مدل‌ها،­ تفکیک جریان پایه برای کل دوره انجام و ارزیابی کارایی مدل­‌ها با استفاده از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا انجام شد. نتایج نشان داد که قسمت اعظم جریان رودخانه در منطقه مورد پژوهش، مربوط به جریان پایه است و کمینه، بیشینه و میانگین سالانه شاخص جریان پایه در کل دوره به‌­ترتیب برابر با 0.48، 0.62 و 0.56 می­‌باشد که نشان­‌دهنده مشارکت بیش از 50 درصدی منابع آب­‌های زیرسطحی در آب‌های سطحی حوضه‌‌های مورد پژوهش است. نتایج ارزیابی کارایی مدل­‌ها با استفاده از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا نشان داد که متوسط خطا در منطقه پژوهش، برای هر شش روش در محدوده 0.025 تا 0.044 است که کمترین آن متعلق است به‌­روش لینه و هالک و بیشترین خطا، مربوط به فیلتر رقومی تک‌­پارامتره می‌­باشد. جمع‌بندی کلی نتایج فرایند واسنجی و بررسی روابط همبستگی بین داده‌­های محاسباتی و اندازه‌گیری­ شده، نشان داد که بین داده­‌های محاسباتی و اندازه­‌گیری­ شده، همبستگی با ضریب تبیین بیش از 0.80 وجود دارد و روش واسنجی با داده­‌های فصل خشک در غیاب روش‌های مبتنی بر ردیاب‌ها، به‌­عنوان مناسب‌ترین روش واسنجی فیلتر­های رقومی تفکیک جریان در منطقه مورد پژوهش پیشنهاد می‌­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Calibration of recursive digital filters to separate the base flow, case study: Karkheh Basin

نویسندگان [English]

  • Rahim Kazemi 1
  • Jahangir Porhemmat 2

1 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran

2 Professor, Soil Conservation and WatershedManagement Research Institute, Agricultural ‎Research, ‎Education ‎and ‎Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran

چکیده [English]

Understanding the base flow can be useful in river flow analysis, rainfall-runoff modeling, calibration of models, water resource management in low flow conditions and determination of the amount of water storage in watershed. In this research, 22 stations were selected with the appropriate data and common period of the years of 1982-2012. The trend of flow changes during the months of the year was determined for all hydrometric stations in the study area and the driest month was determined. Then, the calibration of six recursive digital algorithms was performed using the long-term data of the driest month of the year and after obtaining optimal parameters of the models, the base flow separation for the whole period was performed. The performance evaluation of the models was done using root mean square error. The results showed that the major part of the river flow in the study area was related to the base flow and the minimum, maximum and average annual base flow index for the whole period was equal to 0.48, 0.62 and 0.56, respectively, representing more than 50% of ground water contribution to stream flow of the studied watersheds. Results of the evaluation of the models using the root mean square error showed that the mean error in the research area for all the methods ranged from 0.025 to 0.044. The minimum was related to Lynie and Holick, and the maximum related to the One-parameter digital filter. Over all, conclusion of the results of the calibration process and investing the correlation between calculated and measured data showed that there was a correlation with a coefficient of explanation of more than 80%. Calibration method with dry season data in the absence of tracer-based methods is suggested as the most suitable method for calibrating digital separation filters in the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Base flow
  • Calibration
  • Dry season
  • Filter parameter
  • Water resources
مراجع
  1. Boughton, W.C. 1988. Partitioning streamflow by computer. Australian Civil Engineering Transactions, 5: 285-291.
  2. Boughton, W.C. 1993. A hydrograph-based model for estimating the water yield of ungauged catchments. In: Hydrology and Water Resources Conference, Institution of Engineers, Australia, National Conference Publication, 93(14): 317–324.
  3. Boussinesq, J. 1904. Recherches théoriques sur l'écoulement des nappes d'eau infiltrées dans le sol et sur le débit des sources. Journal De Mathématiques Pures Et Appliquées, 10: 5-78.
  4. Brauman, K.A., G.C. Daily, T.K. Duarte and H.A. Mooney. 2007. The nature and value of ecosystem services: an overview highlighting hydrologic services. Annual Review of Environment and Resources, 32: 67-98.
  5. Brodie, R.S. and S. Hostetle. 2005. A review of techniques for analyzing base-flow from stream hydrographs. Proceedings of the NZHS-IAH-NZSSS Conference (Vol. 28), Auckland, New Zealand.
  6. Chapman, T.G. 1991. Comment on evolution of automated techniques for base flow and recession analyses. Journal of Water Resources Research, 27(7): 1783-1784.
  7. Chapman, T.G. and A.I. Maxwell. 1996. Base flow separation-comparison of numerical methods with tracer experiments. Hydrological and Water Resources Symposium, Institution of Engineers Australia, Hobart, 539-545.
  8. Cyr, J., M. Landry and Y. Gagnon. 2011. Methodology for the large-scale assessment of small hydroelectric potential: application to the province of New Brunswick (Canada). Journal of Renewable Energy, 36: 2940–2950.
  9. Duan, Q., H.V. Gupta, S. Sorooshian, A.N. Rousseau and R. Turcotte. 2004. Calibration of watershed models. American Geophysical Union, ISBN: 978-0-875-90355-2.
  10. Ghanbarpour, M., M. Teimouriand and S. Gholami. 2008. Comparison of base flow estimation methods based on hydrograph separation, case study: Karun Basin. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 12(44): 1-13 (in Persian).
  11. Golpayeghani, M. and M.R. Ghanbarpour. 2008. Investigation of hydrograph separation methods and its application in hydrology. 4th National Watershed Management Science and Engineering Conference, Iran (in Persian).
  12. Gonzales, A.L., J. Nonner, J. Heijkers and S. Uhlenbrook. 2009. Comparison of different base flow separation methods in a lowland catchment. Journal of Hydrology and Earth System Sciences, 13(11): 2055-2068.
  13. Hall, A.J. 1971. Baseflow recessions and the baseflow hydrograph separation problem: hydrology papers. The Institution of Engineers, Australia, 159-170 pages.
  14. Hall, F.R. 1968. Base flow recessions a review. Journal of Water Resources Research, 4(5): 973-983.
  15. Horton, R.E. 1933. The role of infiltration in the hydrologic cycle. Eos, Transactions American Geophysical Union, 14(1): 446-460.
  16. Institute of Hydrology. 1980. Low flows studies report. Three volumes, Institute of Hydrology, Wallingford, United Kingdom.
  17. Jakeman, A.J. and G.M. Hornberger. 1993. How much complexity is warranted in a rainfall runoff model? Water Resources Research, 29(8): 2637-2649.
  18. Kazemi, R. and J. Porhemmat. 2018. Investigating the effect of hierarchical clustering methods on accuracy modeling of runoff coefficient in Karkheh Basin. Journal of Watershed Engineering and Management, 10(1): 81-94 (in Persian).
  19. Kazemi, R. and B. Ghermez Cheshmeh. Investigation of different base flow separation methods using flow duration indices, case study: Khazar region. Journal of Water and Soil Conservation, 23(2): 131-146 (in Persian).
  20. Lvovich, M.I. 1972. Hydrologic budget of continents and estimate of the balance of global fresh water resources. Journal of Soviet Hydrology, 4: 346-360.
  21. Lyne, V. and M. Hollick. 1979. Stochastic time-variable rainfall-runoff modeling. In Institute of Engineers Australia National Conference, Barton, Australia, 89-93.
  22. Maillet, E. 1905. Essais d’Hydraulique Souterraine et Fluviale. Hermann Paris, 218 pages.
  23. Nathan, R.J. and T.A. McMahon. 1990. Evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses. Journal of Water Resources Research, 26(7): 1465-1473.
  24. Nejadhashemi, A.P., J.M. Sheridan, A. Shirmohammadi and H.J. Montas. 2007. Hydrograph separation by incorporating climatologically, factors: application to small experimental watersheds. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 43(3): 744–756.
  25. Nejadhashemi, A.P., A. Shirmohammadi, J.M. Sheridan and H.J. Montas. 2009. Evaluation of stream flow partitioning methods. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135(6): 791-801.
  26. Porhemmat, J., R. Kazemi and B. Ghermezcheshme. 2011. Regional analysis of water yield and runoff coefficient in Karkheh Basin. Final Report of Research Project, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Registration Number: 90.627 (in Persian).
  27. Samiei, M. and A. Malekiyan. 2010. Comparison of base flow separation methods using recursive digital filter and PART model. 6th National Watershed Management Science and Engineering Conference, Iran (in Persian).
  28. Smakhtin, V.U. 2001a. Estimating continuous monthly base flow time series and their possible applications in the context of the ecological reserve. Journal of Water SA, 27(2): 213-218.
  29. Smakhtin, V.U. 2001b. Low flow hydrology: a review. Journal of Hydrology, 240(3): 147-186.
  30. Tallaksen, L.M. 1995. A review of base flow recession analysis. Journal of Hydrology, 165(1-4): 349-370.
  31. Teimouri, M., M.R. Ghanbarpour, M. Bashirgonbad, M. Zolfaghari and S. Kazemikia. 2011. Comparison of base flow index in hydrograph separation with different methods in some rivers of West Azarbaijan Province. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, Water and Soil Science, 15: 219-228 (in Persian).
  32. Tularam, G.A. and M. Ilahee. 2008. Exponential smoothing method of base flow separation and its impact on continuous loss estimates. American Journal of Environmental Sciences, 4(2): 136-144.
  33. Zhang, J., Y. Zhang, J. Song and L. Cheng. 2017. Evaluating relative merits of four base flow separation methods in Eastern Australia. Journal of Hydrology, 549: 252-263.
مهندسی و مدیریت آبخیز
دوره 12، شماره 1
فروردین 1399
صفحه 30-43
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار