به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « بارش- رواناب » در نشریات گروه « آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع »

تکرار جستجوی کلیدواژه « بارش- رواناب » در نشریات گروه « کشاورزی »
  • محمدمهدی آرتیمانی، حسین زینی وند*، ناصر طهماسبی پور
    مقدمه

    ناهمگنی موجود در آبخیزها و غیر خطی بودن رفتارهای هیدرولوژیکی، شناخت کامل روابط موجود در آنها را بسیار پیچیده و مشکل ساخته است. از این رو، ارزیابی این سیستم ها، نیاز به فرایند مدل سازی دارد. با توجه به توسعه زبان های برنامه نویسی و ارائه الگوریتم های بهینه و کارا جهت حل مسائل دیفرانسیلی در چند دهه اخیر، مدل های هیدرولوژیکی/هیدرولیکی جایگاه خاصی در مطالعات هیدرولوژی پیدا کرده و بر این اساس، به کارگیری مدل های شبیه سازی بارش-رواناب، برای پیش بینی سیل مورد توجه محققین قرار گرفته است. این امر سبب شده تا مدل های متنوعی جهت شبیه سازی فرایند بارش-رواناب توسعه یابند. یکی از مدل های موفق در این زمینه، مدل TOPKAPI-X است. این مدل در دهه 90 میلادی در دانشگاه بولونیا توسط پروفسور Todini به صورت یک مدل بارش-رواناب توزیعی مکانی قابل کاربرد در سطح حوزه آبخیز توسعه داده شد. از ویژگی های مهم مدل های توزیعی مکانی این است که می توان نتایج شبیه سازی مدل را در هر نقطه از حوزه آبخیز استخراج نموده و بر خلاف مدل های یکپارچه که کل حوزه آبخیز را یک واحد در نظر می گیرند، اجازه تفکیک بندی در هر نقطه از حوضه را می دهد. بنابراین، در این پژوهش بعد از واسنجی و اعتبارسنجی مدل فیزیکی-توزیعی TOPKAPI-X در حوزه آبخیز گاماسیاب، نسبت به بهینه سازی مدل در منطقه پژوهش جهت برآورد دبی روزانه اقدام می شود.

    مواد و روش ها

    حوزه آبخیز گاماسیاب در غرب کشور و در نواحی شمالی رشته کوه زاگرس، در شمال حوضه سد کرخه و عمدتا در محدوده استان های همدان و کرمانشاه قرار دارد. مناطق کوهستانی این حوضه بیشتر در قسمت های شمالی و جنوبی متمرکز شده اند و مناطق پست و جلگه ای آن بیشتر در بخش های میانی و جنوب غربی حوضه قرار دارند. در این پژوهش از مدل TOPKAPI-X برای شبیه سازی رواناب در حوزه آبخیز گاماسیاب استفاده شد. برای این منظور، ابتدا مرز حوضه با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) با وضوح 30 متر، نقشه کاربری اراضی، بافت خاک، شبکه آبراهه حوزه آبخیز و مولفه های اقلیمی در مدل TOPKAPI-X وارد شد. پس از معرفی مکان حوضه، از محل خروجی حوضه (ایستگاه هیدرومتری) برای شبیه سازی جریان استفاده شد. در این مدل بارش-رواناب، داده های سری زمانی پیوسته در گام زمانی روزانه در نظر گرفته شد. برای اجرای مدل در حوضه، سری زمانی دبی، بارش و دمای روزانه در دوره آماری 21 ساله در 13 ایستگاه هواشناسی و یک ایستگاه هیدرومتری داخل و خارح حوضه طی سال های 1999 تا 2020 بهره برده شد. پس از چندین بار اجرای مدل، هر بار پارامترهای کلی مدل به صورت دستی و سعی و خطا تغییر می کرد تا در نهایت، با در نظر گرفتن مقادیر مناسب معیارهای ارزیابی ناش-ساتکلیف و اریب مدل برای حوضه، مقادیر بهینه پارامترهای مدل به دست آمد.

    نتایج و بحث:

    این پژوهش، به منظور تحلیل بارش-رواناب یکی از زیرحوضه های اصلی حوضه آبخیز سد کرخه با استفاده از مدل TOPKAPI-X در مقیاس زمانی روزانه انجام شده است. در محیط نرم افزار TOPKAPI-X با استفاده از نقشه های ورودی و داده های مشاهداتی بارش، دما و دبی، واسنجی مدل انجام شد. مقایسه ظاهری هیدروگراف های مشاهداتی و شبیه سازی شده، امکان ارزیابی کلی و سریع دقت مدل ها را فراهم می کند. نتایج گرافیکی مقایسه دبی حاصل از اجرای مدل TOPKAPI-X با پارامترهای واسنجی شده و دبی اندازه گیری شده در حوضه گاماسیاب نشان داد که این مدل، توانایی خوبی در برآورد دبی روزانه این حوضه را دارد. اما در برخی موارد دبی های شبیه سازی شده بیشتر از دبی مشاهده شده است. چهار معیار NSE، R، BIAS و RMSE برای ارزیابی مدل استفاده شده است. برای حوزه آبخیز گاماسیاب مقدار معیار ناش-ساتکلیف در دوره واسنجی (2014-1999) برابر 0.697 و در دوره اعتبارسنجی (2020-2014) برابر 0.660 محاسبه شد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که این مدل در حوضه مورد مطالعه، در شبیه سازی جریان عملکرد خوبی دارد.

    نتیجه گیری

    اهمیت مدل های هیدرولوژیکی برای مدیریت منابع آب، ارزیابی کیفیت مطالعات اجرایی و درک فرایندهای هیدرولوژیکی کاملا مشخص است. مدل های هیدرولوژیکی ابزارهای مهمی هستند که به دانشمندان و همچنین سیاستگذاران اجازه می دهد تا بر اساس شبیه سازی رفتار حوضه، تصمیم گیری کنند. بنابراین، با توجه به افزایش تقاضا برای آب و تاثیر تغییرات آب و هوایی، شبیه سازی هیدرولوژیکی توسط مدل ها از ابزارهای مدیریت آب در آینده خواهند بود. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که مدل TOPKAPI-X پتانسیل بالایی در شبیه سازی رواناب در حوزه آبخیز انتخابی دارد. بنابراین، با توجه به قابلیت های آن، استفاده از این محیط به عنوان یک ابزار مدل سازی برای حوزه های آبخیز پیشنهاد می شود.

    کلید واژگان: بارش-رواناب, دبی اوج, شبیه سازی هیدرولوژیکی, مدل توزیعی مکانی, واسنجی مدل}
    Mohammad Mahdi Artimani, Hossein Zeinivand *, Nasser Tahmasebipour
    Introduction

    Due to the heterogeneity in watersheds and the non-linearity of hydrological behaviors, it is very complicated and difficult to fully understand the relationships within watersheds. Therefore, in evaluating these systems, a modeling process is necessary. Over the last few decades, hydrological/hydraulic models have become essential in hydrology studies due to the development of programming languages and the provision of optimal and efficient algorithms for solving differential problems. The application of rainfall-runoff simulation models for flood events has been extensively studied by researchers in the field of water and soil protection, leading to the development of various models to simulate rainfall-runoff processes. One of the successful models in this field is the TOPKAPI-X model. This model was created in the 1990s at the University of Bologna by Professor Todini as a distributed rainfall-runoff model in watersheds. An important feature of distributed models is their ability to simulate components at any point of the watershed, allowing results to be extracted at any required point. Unlike lumped models that consider the entire watershed as a single unit, distributed models allow spatial distribution at any point in the watershed. Therefore, in this research, after calibrating and validating the TOPKAPI-X physical-distributed model in the studied basin, the model was optimized for flood estimation.

    Materials and methods

    The Gamasiab basin is located in the west of Iran, in the northern region of the Zagros mountain ranges, to the north of the Karkheh dam basin, and primarily within the territories of Hamadan and Kermanshah provinces. The mountainous regions of this basin are mainly concentrated in the northern and southern parts, while its lowlands and plains are mostly located in the middle and southeastern parts of the basin (Ministry of Energy, 2014). In this research, the TOPKAPI-X model was used to simulate floods in the Gamasiab watershed. First, the watershed boundary was delineated using a digital elevation model (DEM) with a resolution of 30 meters. Land use maps, soil texture, watershed network, and climatic components were entered into the TOPKAPI-X model. The outlet location of the basin (hydrometric station) was used to simulate the flow using the TOPKAPI-X distributed hydrological model. Continuous time series data on a daily time step were used in this rainfall-runoff model. Specifically, daily rainfall data from 13 rain gauge stations and temperature data from 4 synoptic stations during the statistical period (1999 to 2020) were used to simulate the flow. After running the model several times, the general parameters were manually adjusted each time until the optimal values of the general parameters were obtained by considering the appropriate values of the evaluation criteria (NS and Bias) for the basin.

    Results and discussion

    This research was conducted to analyze the flood discharge of one of the main sub-basins of the Karkheh dam basin using the TOPKAPI-X model on a daily time scale. In the TOPKAPI-X software environment, simulations were performed during the calibration period using input maps and observational rainfall, temperature, and discharge data. A visual comparison of the observed and simulated hydrographs allows for a general and quick evaluation of the model's accuracy. The graphical results of the comparison between the discharge generated by the TOPKAPI-X model with the calibrated parameters and the measured discharge in the Gamasiab basin were presented. The TOPKAPI-X model has the ability to estimate the maximum daily flow rates of the Gamasiab basin; however, some of the simulated flow rates are higher than the observed flow rates. Four criteria—NSE, R, BIAS, and RMSE—were used to evaluate the model. The evaluation results of the TOPKAPI-X model indicate the accuracy of flow simulation, with a Nash-Sutcliffe criterion of 0.697 during the calibration period (1999-2014) and 0.660 during the validation period (2015-2020) for the Gamasiab basin. Therefore, it can be concluded that this model has good performance for flow simulation.

    Conclusions

    The importance and usefulness of hydrological models for water resources management, understanding hydrological processes, and conducting impact assessment studies is clear. Hydrological models are crucial tools that enable scientists and policymakers to make informed decisions based on simulations of watershed behavior. Considering the increasing demand for water and the impact of climate change, hydrological simulation will be one of the essential methods for future water management. The results of this study showed that the TOPKAPI-X model has potential in simulating runoff in the selected basin. Due to the capabilities of the TOPKAPI-X distributed hydrological model, this software is recommended as a modeling tool for other basins.

    Keywords: Hydrological Simulation, Model Calibration, Peak Discharge, Rainfall-Runoff, Spatially Distributed Model}
  • شراره رشیدی شیخ تیمور، شهرام خلیقی سیگارودی*، علیرضا مقدم نیا، خالد احمدآلی

    تخمین مولفه های چرخه آب در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است که مدل سازی فرآیند ابزار مربوط به آن است. در مدل های هیدرولوژیک، دوره گرم کردن (Warm-Up) به دوره اولیه شبیه سازی اطلاق می شود که قبل از تحلیل یا دوره پیش بینی اصلی انجام می شود. به عبارت دیگر بخشی از داده ها به طور معمول قبل از استفاده در مدل، در دوره گرم کردن قرار می گیرند تا خطاهای مربوط به شرایط اولیه و نقص مدل کمتر شوند. در این تحقیق، تاثیر طول دوره آماده سازی مدل بر عملکرد آن، در دوره های واسنجی و صحت سنجی توسط بهینه سازهای مختلف در نرم افزار RRL با مدل های AWBM، Sacramento، SimHyd و TANK در حوزه آبخیز کشکان مورد بررسی قرار گرفت. در این ارزیابی از دوره های گرم کردن 5، 7 و 10 درصد ابتدای طول داده ها بدون در نظر گرفتن شرایط خشک سالی و ترسالی دوره و مقدار پیشنهادی نرم افزار (2/1 درصد کل داده ها) استفاده شد. نتایج نشان داد که به طورکلی، در مدل ها و بهینه سازهای مختلف، انتخاب 5 و 7 درصد از کل طول داده ها در دوره های واسنجی و صحت سنجی، موجب بهبود کارایی مدل نسبت به میزان پیشنهادی نرم افزار می گردد. به نظر می رسد علت اینکه دوره های طولانی تر آماده سازی باعث کاهش دقت عملکرد مدل می گردد این است که به همان میزان از طول دوره واسنجی و صحت سنجی کاسته می شود. از طرف دیگر بر اساس معیار ارزیابی نش ساتکلیف بهترین مدل برای شبیه سازی رواناب در این حوضه مدل SimHyd با روش بهینه ساز روزنبروک (واسنجی: 572/0 و صحت سنجی: 544/0) است. نتایج این تحقیق گام مهمی برای بررسی یکی از منابع عدم قطعیت در مدل های هیدرولوژیک بسته RRL است که می تواند به کاربران این نرم افزار کمک شایانی کند.

    کلید واژگان: بارش-رواناب, مدل های هیدرولوژیک, RRL, Warm-up}
    Sharareh Rashidi Sheykhteymoor, Shahram Khalighi Sigaroodi *, Alireza Moghaddamnia, Khaled Ahmadauli

    Extended AbstractIntroductionHydrological modeling is an essential tool in water resources management, and its accuracy and reliability are critical to successful design, planning, and decision-making processes. Calibration and validation are two essential processes used to evaluate the performance of hydrological models. The warm-up period is a crucial component of hydrological modeling that allows the model to reach an equilibrium state by representing the initial system conditions accurately.This study aimed to investigate the impact of the length of the warm-up period on the performance of four different hydrological models, namely AWBM, Sacramento, SimHyd, and TANK, in the Kashkan watershed. The study used different optimization methods in the RRL software package during the calibration and validation periods. The proposed warm-up periods of 5%, 7%, and 10% of the initial data length were used without considering drought and wet conditions.The findings of this study provide valuable insights into the impact of the warm-up period on hydrological modeling performance. The study showed that the length of the warm-up period does have a significant impact on model performance, with the best results obtained when the warm-up period was set to 5% or 7% of the initial data length. These findings have important implications for the design and implementation of hydrological models, as they highlight the importance of carefully selecting the warm-up period length to ensure accurate and reliable modeling results. Overall, this study adds to the body of knowledge on hydrological modeling and provides useful guidance for future research and practical applications.Materials and methodsThe Kashkan River watershed, with an area of over 9,000 hectares, was selected as the study area for this research. The Kashkan River is an important sub-watershed of the Karkheh River watershed, and daily rainfall, potential evapotranspiration, and potential evapotranspiration for the Kashkan watershed were used in this study, with a statistical period of 29 years (1988-2018). Since the rainfall-runoff process was investigated for the entire watershed, the Thiessen polygon method was used to obtain the weighted average of rainfall and evapotranspiration for the entire study area. Additionally, the Hargreaves-Samani (H-S) method was used to obtain potential evapotranspiration data.The data used in this study were divided into two parts, training and testing, based on trial and error and a review of sources. The training data accounted for 70% of the total data, while the remaining 30% was used for testing. The AWBM, Sacramento, SimHyd, and TANK models in the RRL software package were investigated, along with seven optimization methods using the Nash-Sutcliffe objective function.The findings of this study provide insights into the application of different hydrological models and optimization methods in the Kashkan River watershed. The study highlights the importance of accurately representing initial system conditions during modeling and the impact of the length of the warm-up period on model performance. These findings have important implications for water resource management, particularly in the design and implementation of hydrological models for the Kashkan River watershed and other similar regions.Results and DiscussionThis study examined the influence of different durations for the warm-up period on the calibration and validation of RRL software package models. Seven optimization methods and the Nash-Sutcliffe criterion were utilized in the analysis. Specifically, the warm-up phase of the software, which constitutes the initial segment of the statistical period, was investigated during the calibration and validation processes. Durations of 5%, 7%, and 10% were selected from the onset of the statistical period. The study involved conducting over 4000 iterations for all the examined models and optimizers.Given the characteristics of the optimizers, up to 5 iterations were performed for each optimizer in each model. The resulting average NSE value (Nash-Sutcliffe Efficiency) was analyzed and examined.The findings indicate that, on average, configuring the warm-up period to account for 5% and 7% of the complete dataset in the calibration and validation processes enhances the efficiency of the model compared to the recommended period suggested by the software. However, it is important to note that the outcomes may vary depending on the specific problem and prevailing conditions. Therefore, these results should be interpreted cautiously and in conjunction with other factors. Overall, this study offers a practical guideline for selecting an appropriate warm-up duration in the calibration and validation of RRL software package models.

    Keywords: Rainfall-runoff, Hydrological models, RRL, Warm-up}
  • مرتضی چوبین*، محمد بشیرگنبد
    مقدمه و هدف

    در سال های اخیر پیش بینی جریان در رودخانه یکی از مسایل مهم و مورد توجه برای مدیریت منابع آب در ایران است. این پیش بینی نیازمند آمار و اطلاعات است که متاسفانه اغلب حوضه های کشور فاقد داده های با کمیت و کیفیت مورد نظر می باشند. مدل سازی هیدرولوژیکی و استفاده از هوش مصنوعی از نمونه راهکارهایی است که برای برطرف کردن چالش عدم کفایت و عدم وجود داده های باکیفیت مناسب در هیدرولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. معیار انتخاب مدل مناسب برای این فرایند، ارزیابی عملکرد مدل ها با توجه به شرایط هیدرولوژیکی هر منطقه است.

    مواد و روش ها

    مدل های زیادی برای پیش بینی جریان رودخانه مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق از مدل بارش-رواناب IHACRES و شبکه عصبی مصنوعی به عنوان مدل داده محور برای پیش بینی جریان، در رودخانه بختیاری استفاده شد. از داده های سال های 1984 تا 1994 به عنوان داده های مرحله واسنجی و از داده های سال های 1995 تا 2006 برای صحت سنجی مدل هیدرولوژیکی استفاده شد. همچنین از شبکه Dence با تعداد نرون های 10، 20، 50 و 100 استفاده شد. معیار بهینه سازی Adam برای بهبود روند آموزشی در نظر گرفته شد و تابع خطای استفاده شده MSE است و تابع فعال ساز به علت پیوسته بودن داده ها sgmoid انتخاب شد.

    یافته ها

    نتایج ارزیابی مدل هیدرولوژیکی و شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از شاخص های کلینگ-گوپتا، نش- ساتکلیف، ضریب تعیین، میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد شبکه عصبی مصنوعی در کلیه معیارهای ارزیابی، نتایج بهتری در شبیه سازی جریان روزانه نسبت به مدل هیدرولوژیکی دارد. مقادیر معیارهای ارزیابی کلینگ-گوپتا، نش- ساتکلیف، ضریب تعیین، میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا در مرحله صحت سنجی به ترتیب برای مدل هیدرولوژیکی و شبکه عصبی مصنوعی 0/74، 0/75، 0/77، 1/25، 0/7 و 0/94، 0/89، 0/89، 0/57، 0/26 محاسبه شد.

    نتیجه گیری

    بر اساس نتایج روش های مورد استفاده در تحقیق روش شبکه عصبی مصنوعی نسبت به مدل هیدرولوژیکی IHACRES پیش بینی دقیق تری از جریان روزانه رودخانه بختیاری دارد. توانایی قابل قبول شبکه عصبی در شبیه سازی جریان های اوج  علاوه بر شبیه سازی جریان روزانه از نتایج قابل توجه این تحقیق است.

    کلید واژگان: بارش - رواناب, حوضه بختیاری, شبیه سازی جریان, مدل های داده محور}
    Morteza Choubin*, Mohammad Bashirgonbad
    Introduction and Objective

    In recent years, river flow forecasting is one of the most important issues for water resources management in Iran. This prediction requires statistics and information, unfortunately, most of the basins of the country lack data of the desired quantity and quality.

    Material and Methods

    Therefore, hydrological modelling and the use of artificial intelligence are examples of solutions that are used to solve this challenge in hydrology. The criteria for selecting the appropriate model for this process are to evaluate the performance of the models according to the hydrological conditions of each region. In this research, IHACRES model and Artificial Neural Network (ANN) were used to predict the streamflow in Bakhtiary basin. The data from 1984 to 1994 were used as calibration period and the data from 1995 to 2006 were used for validation.

    Results

    The evaluation results of the hydrological model and the artificial neural network were evaluated using Kling-Gupta, Nash-Sutcliffe indices, coefficient of determination, mean squared error and absolute mean error. Results showed that the artificial neural network had better results in the simulation in all the evaluated evaluation criteria.

    Conclusion

    According to the results of the methods used in the research, the artificial neural network method has a more accurate prediction of the Bakhtiary river flow than the hydrological model.

    Keywords: Bakhtiary basin, Data-driven models, Flow simulation, Rainfall-runoff}
  • فاطمه حیدری چناری، رامین فضل اولی*، اسماعیل نیکزاد تهرانی
    مقدمه و هدف

    سیل یکی از اصلی ترین بلایای طبیعی است که در سال های اخیر مناطق مختلف کشور را تحت تاثیر قرار داده و موجب خسارات فراوانی شده است. دانشمندان همواره روش های مختلفی در جهت شناخت بزرگی و زمان وقوع سیل و برآورد ارتفاع رواناب ابداع کرده اند. مدل های بارش رواناب از جمله ابزارهای کاربرد و توانمند در دستیابی به خصوصیات سیلاب می باشند. هدف از انجام این پژوهش، واسنجی و اعتبارسنجی مدل HEC-HMS و همچنین شبیه سازی سیل به صورت تک واقعه در حوزه آبخیز تجن بوده است.

    مواد و روش

    در این پژوهش ابتدا متغیرهای بارش و دما وارد مدل شد، سپس مدل براساس 3 واقعه منفرد واسنجی و پارامترهای آن محاسبه شد، همچنین پارامترهای شماره منحنی (CN) و سطوح نفوذناپذیر، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) تجزیه و تحلیل و در نهایت براساس یک واقعه منفرد دیگر، اعتبارسنجی مدل انجام شد و صحت و دقت آن برآورد گردید. هیدروگراف های ایجاد شده از سناریوهای پارامترهای مدل تنظیم یافته، با هیدروگراف مدل مشاهداتی ایستگاه کردخیل مورد مقایسه قرار گرفت.

    یافته ها:

     نتایج واسنجی براساس وقایع انتخابی نشان داد که داده های شبیه سازی شده با داده های مشاهده ای، همبستگی بالایی دارد (R>0.9). همچنین نتایج اعتبارسنجی با استفاده از آزمون ضریب همبستگی و t استیودنت نشان داد که ضریب همبستگی دبی مشاهداتی و شبیه سازی برابر 0/9 می باشد که معنی داری قابل ملاحظه ای را نشان می دهند. آنالیز حساسیت مدل به منظور تعیین مقدار دقیق یک پارامتر حساس به ازای تغییرات افزایش و کاهش 20 درصدی پارامترها انجام شد. نتایج آنالیز حساسیت مدل نشان داد پارامتر شماره منحنی و مقدار تلفات اولیه دارای حساسیت بالایی می باشند به طوری که در بازه 20- تا 20+ درصد تغییر پارامتر شماره منحنی و تلفات اولیه به ترتیب، مقدار حساسیت مدل از 2/33- تا 7/15 و از 0/79 تا 0/73- تغییر می کند. از سوی دیگر نتایج شبیه سازی مدل نشان داد که بهترین تابع هدف برای برآورد دبی اوج سیلاب درصد خطای دبی اوج (Percent Error Peak) می باشد که مدل با اختلاف 0/8 درصد دبی اوج را در ایستگاه کردخیل پیش بینی نمود. همچنین تابع هدف درصد خطای حجم جریان Percent Error Volume  به عنوان بهترین برآورد کننده حجم سیلاب با اختلاف صفر، تعیین شد.

    نتیجه‎‎ گیری:

     به طور کلی نتایج نشان داد که به کارگیری سیستم مدل هیدرولوژیکی به همراه سیستم اطلاعات جغرافیایی، برای تبدیل بارش به رواناب، شبیه سازی سیلاب و پیش بینی دبی اوج و حجم سیلاب بسیار کارآمد است و نتایج به دست آمده قابل استناد می باشند. بنابراین می توان از مدل های نهایی در مدیریت حوزه های آبخیز استفاده نمود.

    کلید واژگان: بارش-رواناب, سیل, شبیه سازی, وقایع منفرد, HEC-HMS}
    Fatemeh Heidari Chenari, Ramin Fazloula*, Esmaeil Nikzad Tehrani
    Introduction and Objective

    Flood is one of the main natural disasters that has affected different regions of the country in recent years and caused a lot of damage. Scientists have always invented different methods to know the magnitude and time of flood and to estimate the height of runoff. Rainfall-runoff models are among the useful and powerful tools in achieving flood characteristics. The purpose of this research is to calibrate and validate the HEC-HMS model as well as to simulate floods as a single event in Tajan basin.

    Material and Methods

    In this study, firstly the variables of precipitation and temperature were entered into the model, then the model was calibrated based on 3 single events and its parameters were calculated. Also, the parameters of curve number (CN) and impermeable surfaces were analyzed in Geographic Information System (GIS) environment and finally based on another single event the model was validated and its accuracy was estimated. The hydrographs generated from the scenarios of the adjusted model parameters were compared with the observed hydrographs of Kordkheil station.

    Results

    Calibration results showed that the simulated data has a high correlation with the observed data (R>0.9). Also, the validation results using the correlation coefficient test and Student's t test showed that the correlation coefficient of the observation and simulation discharge is equal to 0.9, which shows an acceptable significance. Sensitivity analysis of the model was performed to determine the exact value of a sensitive parameter in exchange for changes of increase and decrease of parameters by 20%. The results of the sensitivity analysis of the model showed that the parameter of the curve number and the amount of initial losses are highly sensitive, so that in the range of -20 to +20% change of the parameter of the curve number and the initial losses, respectively, the sensitivity of the model varied from -2.33 to 7.15 and from 0.79 to -0.73. On the other hand, the model simulation results showed that the best objective function for estimating flood peak flow is Percent Error Peak, which the model predicted with a difference of 0.8% peak flow at Kordkheil station. Also, the objective function of the Percent Error Volume as the best estimator for estimated the flood volume with a difference of 0.

    Conclusion

    In general, the results of the study showed that the use of the hydrological model system using the geographic information system, rainfall–runoff modelling, flood simulation and predict the peak flow and flood volume, was very efficient and the obtained results are citable. Therefore, the tested models can be used in watershed management.

    Keywords: Flood, HEC-HMS, Rainfall-Runoff, Simulation, Single Events}
  • تکتم ایمانی، مهدی دلقندی*، صمد امامقلی زاده، زهرا گنجی نوروزی

    ارزیابی مخاطرات سیلاب موضوع مهمی است که می تواند منجر به کاهش خسارات سیل گردد. مدلسازی بارش-رواناب نقش کلیدی در مدیریت منابع آب و همچنین جلوگیری از مخاطرات سیل بازی می کند. اما استفاده از مدل های هیدرولوژیکی به منظور شبیه سازی رواناب نیازمند واسنجی پارامترهای مختلف می باشند. از این رو، در مطالعه حاضر مدل WMS11.0 جهت شبیه سازی دبی اوج و حجم سیلاب های حوضه بابلرود مورد ارزیابی قرار گرفت. برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل به ترتیب از 3 و 2 رخداد بارش استفاده شد. سپس باران طرح منطقه مورد مطالعه، با دوره بازگشت های مختلف (2، 5، 10، 25، 50، 100 و 500 ساله) تعیین و سیلاب ناشی از این بارش ها شبیه سازی گردید. نتایج نشان داد که مدل WMS می تواند با دقت خوبی دبی اوج (با خطای حدود 5 درصد) و حجم سیلاب (با خطای کمتر از 26 درصد) را برآورد کند. اما مدل قادر نبود شکل هیدروگراف را با دقت خیلی خوبی شبیه سازی نماید. همچنین مشخص شد که دبی اوج و حجم سیلاب ناشی از بارش های طرح 2 تا 500 ساله، به ترتیب بین 50 تا 300 مترمکعب بر ثانیه و 6/6 تا 4/32 میلیون مترمکعب متغیر می باشد.

    کلید واژگان: بارش-رواناب, بارش طرح, دبی اوج, مدلسازی, هیدروگراف سیلاب}
    Toktam Imani, Mahdi Delghandi *, Samad Emamgholizadeh, Zahra Ganji Noroozi

    Flood hazard assessment is an important topic that can reduce flood-related losses. Rainfall-runoff modeling plays a key role in the management of water resources in addition to protecting from flood hazards. The use of hydrological models to simulate the runoff necessitates the proper calibration of the different parameters. Therefore, In the present study, the Watershed Modeling System (WMS11.0) was evaluated to simulate peak discharge and volume of floods of Babolrood catchment. WMS model calibrated and validated using 3 and 2 rainfall events, respectively. Afterwards, design precipitation (DP) for 2, 5, 10, 25, 50, 100 and 500-year return periods was determined and flood resulting from DPs simulated. The results showed that the WMS model could accurately estimate the peak discharge (the error was about 5%) and the and flood volume (the error was less than 26%). But the model was not able to simulate properly the shape of the hydrograph. It also revealed that peak discharge and flood volume arising from 2 to 500-year return periods of rainfall vary between 50 to 300 m3/s and 6.6 to 32.4 Mm3, respectively.

    Keywords: Rainfall-runoff, design precipitation, peak discharge modeling, flood hydrograph}
  • فاطمه بیاتی*، رسول میرعباسی نجف آبادی، روح الله فتاحی نافچی، مهدی رادفر

    از جمله مهمترین چالشی که محققان در مدل سازی بارش- رواناب با آن رو به رو هستند به کارگیری نوع روش تلفات و جداسازی بارش موثر است که به طبع بر روی دقت مدل در تمام جزییات هیدروگراف تاثیر می گذارد. در این مطالعه، ابتدا شاخص نفوذ بر اساس ارتفاع رواناب، بارش و زمان موثر بارش مشخص شد. سپس هیدروگراف واحد لحظه ای از طریق روش روسو محاسبه و ابعاد هیدروگراف رواناب مستقیم برای 20 رویداد حوضه برآورد شد. سپس به جهت افزایش دقت در ابعاد هیدروگراف رواناب بدست آمده، مقدار شاخص نفوذ بر اساس توزیع دومتغیره حاصل از شاخص نفوذ و یکی از خصوصیات بارش یا رواناب با استفاده از توابع مفصل تخمین زده شد. بدین منظور، ابتدا همبستگی بین شاخص نفوذ و هر یک از خصوصیات بارش و رواناب مشخص و نوع توزیع های حاشیه ای مناسب هر متغیر مشخص شد. در نهایت تابع مفصل گالامبوس به عنوان بهترین تابع مفصل برای ایجاد توزیع های دومتغیره از شاخص نفوذ و ارتفاع بارش؛ شاخص نفوذ و حداکثر شدت جریان؛ شاخص نفوذ و متوسط شدت جریان و همچنین شاخص نفوذ و سرعت جریان انتخاب شد تا هیتوگراف بارش برای هر رویداد بدست آید. با مقایسه بین اجزای مختلف هیدروگراف محاسباتی و مشاهداتی از روش تابع مفصل با روش روسو مشخص شد که با استفاده از تابع مفصل می توان با دقت بیشتری مقدار شاخص نفوذ را تخمین زد.

    کلید واژگان: بارش- رواناب, تابع مفصل, تلفات, شاخص نفوذ, هیدروگراف واحد لحظه ای روسو}
    Fatemeh Bayati *, Rasoul Mirabbasi, Roohollah Fatahi Nafchi, Mahdi Radfar

    One of the most important challenges of researchers in rainfall-runoff modelling is the estimation losses and extracting excess rainfall, which can affect on accuracy of the model and hydrograph characteristics. In the present study, at first the infiltration index of was estimated based on the depth of runoff and rainfall and also effective rainfall time. Then, instantaneous unit hydrograph was computed through Russo Method and the dimensions of direct runoff hydrograph were determined for 20 rainfall- runoff events. Then in order to increase the precision in estimating the dimensions of obtained hydrograph, the value of penetration index was estimated based on bivariate distribution resulted from infiltration index and one of rainfall characteristics which obtained from Copula function. For this purpose, at first the correlation between infiltration index of , characteristics of rainfall hyetograph and runoff hydrograph was calculated, then the best- fitted marginal distribution on each variable was specified. Finally, Galambos function was chosen as the best copula function for creating bivariate distribution for pairs of infiltration index of and rainfall height, infiltration index of and maximum velocity, infiltration index of and average flow and also infiltration index of and velocity. Therefore, the hydrograph dimensions were obtained for each event. Comparing the various dimensions of computed and observed hydrograph by copula function in Russo method showed that the infiltration index of can be estimated more accurately by using the copula function.

    Keywords: Rainfall-runoff, Copula function, Losses, Infiltration index of, Russo instantaneous unit hydrograph}
  • محبوبه معتمدنیا *، سید مسعود سلیمان پور

    برآورد رواناب حاصل از بارش های جوی و درک کمی فرآیندهای مختلف تولید آن به عنوان یکی از مباحث مهم و بنیادی در دانش هیدرولوژی به شمار می رود. از آن جا که عوامل متعددی روی رواناب در حوزه آبخیز آن تاثیرگذار گذاشته، تخمین آن مساله پیچیده ای است. لذا برآورد آن اساس بسیاری از پژوهش ها، مطالعات و طرح های مختلف توسعه، بهره برداری از منابع آب و سازه های آبی را تشکیل می دهد. با توجه به موارد ذکر شده از داده های بارش و دبی حوزه آبخیز بار-اریه نیشابور واقع در استان خراسان رضوی به منظور بررسی تغییرات زمانی از روش شماره منحنی استخراج شده از سرویس حفاظت خاک آمریکا استفاده شد. بدین منظور از داده‌های بارش و دبی ایستگاه بار- اریه در یک بازه زمانی 56 سال و در مقیاس روزانه رواناب و مقدار شماره منحنی در سه حالت رطوبت پیشین در حالت کم، متوسط و زیاد خاک مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیش ترین و کم ترین مقدار متوسط شماره منحنی برای ماه های فروردین و بهمن برابر با 93 و 76 درصد به دست آمد. هم‌چنین بیش ترین و کم ترین میزان متوسط رواناب مربوط به ماه فروردین و شهریور با مقدار عددی 12/45 و 0/12 میلی‌متر در دوره آماری مورد بررسی محاسبه شد. علاوه بر این که حداکثر، حداقل و میانگین مقدار شماره منحنی در تابستان و پاییز برابر با 93، 91 و 92 و 85، 81 و83 درصد و در بهار و زمستان برابر با 81 و 79 و 80 و 78، 76 و 77 درصد در حوضه مورد بررسی به دست آمد. باتوجه به تغییرات زمانی و مکانی شماره منحنی و اهمیت این شاخص با توجه به اطلاعاتی که در مورد تبدیل بارش به رواناب ارایه می دهد، توجه مسوولین، سیاست گذاران و دست اندرکاران در راستای مدیریت منابع آب، توسعه پایدار و در نهایت توجه به بهبود زندگی ساکنین حوزه آبخیز را می طلبد.

    کلید واژگان: بارش-رواناب, تغییرات زمانی شماره منحنی, حوزه آبخیز بار-اریه}
    M. Motamednia*, S.M. Soliemanpour

    Estimating runoff from atmospheric precipitation and its quantitative understanding of various production processes is considered as one of the important issues in hydrology knowledge. Since runoff in the watershed, due to several factors influencing it, is a complex issue, therefore, it is estimated that many researches, studies and various plans for development, use of water resources and hydrostructure. According to the above mentioned it was used, rain and discharge daily data of the Bar-Ariyeh area of Razavi Korasan province were used to estimate runoff from the extracted number curve method from the Natural Soil Conservation Service (SCS-CN). For this purpose, rainfall and discharge data of Bar and Ariyeh stations during the period of 56 years and in the daily scale, the value of the curve number in the three conditions of previous moisture in low, medium and high antecedent moisture conditions of soil was evaluated. The results showed that the maximum, minimum and average values of the curve number in summer and autumn were 93, 91, 92 and 85, 81, 83 percent, and in the spring and summer were 81, 79, 80 and 78, 76 and 77 percent in The domain was studied. The highest and lowest monthly average number of curve number for April and January were 93 and 76 respectively. In addition, the maximum and minimum amount of runoff was calculated for April and September with a numerical value of 12.45 and 1.29 mm in the statistical period.

    Keywords: Bar- Ariyeh watershed, Curve number, Rainfall-Runoff, Temporal variation}
  • ابوالحسن فتح آبادی*، مهناز کوه نشین، علی حشمت پور، معصومه فراستی

    در دهه های اخیر مدل های هیدرولوژیکی کاربرد گسترده ای در شبیه سازی فرایند بارش رواناب یافته اند. این مدل ها دارای مقادیر پارامترهای ثابت هستند که نیاز است با روش مناسب، مقادیر آن ها بهینه شوند. در واقع، کارایی مدل های هیدرولوژیک علاوه بر ساختار آن ها به مقادیر بهینه پارامترهای آن ها بستگی دارند. در این پژوهش، به بررسی کارایی سه روش بهینه سازی اتوماتیک شامل الگوریتم تکامل تصادفی جوامع، DDS و الگوریتم ژنتیک در بهینه سازی پارامترهای مدل یکپارچه HyMod در حوضه قورچای رامیان پرداخته شد. برای هر سه الگوریتم، سرعت رسیدن به هم گرایی و میزان تغییرات مقادیر بهینه شده مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم ژنتیک در تعداد اجرای کمتری به هم گرایی رسید و پس از آن، الگوریتم DDS در مرتبه بعدی قرار داشت. از نظر زمان اجرا به ازای هر تکرار، کمترین زمان مربوط به روش تکامل تصادفی جوامع و بیشترین زمان مربوط به روش الگوریتم ژنتیک بود. بیشترین نوسانات در جواب های بهینه شده مربوط به الگوریتم DDS و کمترین نیز مربوط به الگوریتم تکامل تصادفی جوامع بود که از این نظر، بهینه سازی با استفاده از روش تکامل تصادفی جوامع از ثبات بیشتری برخودار بود. با استفاده از تحلیل واریانس و مقایسه میانگین ها مشاهده شد، در روش تکامل تصادفی جوامع با افزایش تعداد جوامع تا 12 جمعیت عملکرد مدل بهتر شد که از این تعداد بیشتر، عملکرد الگوریتم بهبود پیدا نکرد. برای پارامتر alpha با افزایش مقدار آن، عملکرد الگوریتم بدتر شد و بهترین عملکرد الگوریتم مربوط به مقدار برابر با 0.58 بود. بر عکس پارامتر alpha، با افزایش پارامتر beta عملکرد الگوریتم بهتر شد و بهترین عملکرد در مقدار beta برابر با یک به دست آمد. برای الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه تعداد کروموزوم ها، نرخ تزویج و نرخ جهش به ترتیب برابر با 16، 0.2 و 0.3 به دست آمد.

    کلید واژگان: بارش رواناب, بهینه سازی اتوماتیک, حوضه قورچای رامیان, سرعت هم گرایی, واسنجی}
    Aboalhasan Fathbabadi *, Mahnaz Kohneshin, Ali Heshmatpour, Masome Farasati

    During last decades hydrological models were extesively used in rainfall-runoff modeling. These models contain some constant parameters that must be optimized through appropraite mthods. In addation to model structur, the efficieny of hydrological models depend on these optimized parameters. In this study, the efficiency of three automatic optimizing algorithms including Dynamically Dimensioned Search (DDS), Shuffled Complex Evolution and Genetic algorithms in calibration lumped hydrological model HyMod in Ghorchay Ramian Catchment were investigated. For these mehods, convergence speed and variability of final optimized values were investigated. Results showed that Genetic algorithm converged faster than two other methods. Following, DDS algorithm converged faster than Shuffled Complex Evolution algorithm. Shuffled Complex Evolution and Genetic algorithms took shorter and longer time per each epock, respectively. Highest and the least variability of final results were obtained for DDS and Shuffled Complex Evolution algorithms, respectively. With respect to final results variability, Shuffled Complex Evolution algorithm was more satable and had better performance than other methods. Using analyse variance and comper means in Shuffled Complex Evolution algorithms for complexes less than 12, the model performance was increased as the number of complexe increased. As alpha value increased, the model performance decreased and model had the best performance at the value of 0.58. Conversely, model performance was increase as beta values increasd and the best perfromnce was obtained for beta equal to 1. For Genetic algorithm, the best performance was obtained when the value of values crossover, mutation and chromosome number was equal to 0.2 and 0.3 and 16, respectively.

    Keywords: Automatic optimizing, Calibration, Convergence speed, Ghorchay Ramian catchment, Rainfall-runoff}
  • فاطمه محمدی*، احمد فاخری فرد، محمدعلی قربانی، یعقوب دین پژوه، صداقت شهمراد

    تبدیل بارش به رواناب در حوضه های آبخیز شامل روابط غیر خطی پبچیده حاصل از تعامل مجموعه ای از فرآیندهای هیدرولوژیکی مختلف می باشند. در مطالعه حاضر، بدون اتکاء به ساختاری از پیش تعیین شده، رابطه بین ورودی و خروجی سیستم صرفا بر اساس طبیعت اطلاعات ثبت شده استخراج گردید. همچنین اختلاف فاز اتفاق افتاده بین سیگنال های بارش و رواناب با استفاده از آنالیز موجک متقاطع محاسبه شد. سپس دیاگرام اختلاف فاز در مقیاس های مورد مطالعه برای وقایع منفرد و مرکب حوضه آبخیز لیقوان ترسیم گردید. با اعمال این فازها در موقعیت زمانی سیگنال های بارش، کلیه خطاهای ناشی از در نظر گرفتن حد متوسط برای تلفات حوضه به حداقل ممکن رسید، که در این تحقیق تحت عنوان موقعیت زمانی مینیمم خطا معرفی گردید (METP). همچنین پیش بینی دبی خروجی از حوضه توسط مدل فیلتر کالمن و بهینه سازی فضای حالت حاکم بر حوضه آبخیز لیقوان با استفاده از وقایع مرحله واسنجی انجام گرفت. با اعمال این اختلاف فازها در مولفه های بارش موثر، خطای ناشی از در نظر گرفتن متوسط تلفات نفوذ و شاخص φ به حداقل ممکن کاهش یافت. همچنین با کاربرد روش بهینه سازی برنامه ریزی خطی، هیدروگراف واحد حوضه آبخیز لیقوان به عنوان مدل اندازه گیری فیلتر کالمن استفاده گردید. نتایج نشان داد با اعمال اختلاف فازهای اتفاق افتاده بین سیگنال های بارش و رواناب و تلفیق آن با روش فیلتر کالمن و برنامه ریزی خطی (KF- LP-CW) به طور متوسط ضریب نش- ساتکلیف اصلاح شده 94/0 در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی حاصل شد. این مقادیر نسبت به حالتی که اختلاف فاز اعمال نگردید (روش KF-LP) برابر 63/0 و 68/0 در مراحل واسنجی و صحت سنجی حاصل گردید. بنابراین در این مطالعه بهبود قابل توجهی با اعمال اختلاف فازها در مولفه های بارش موثر مشاهد  شد.

    کلید واژگان: اختلاف فاز, بارش- رواناب, زمان, لیقوان, موجک متقاطع}
    Fatemeh Mohammadi*, Ahmad Fakherifard, Mohammad Ali Ghorbani, Yaghob Dinpazhoh, Sedaghat Shahmorad

    The conversion of rainfall to runoff in basins includes nonlinear relations between the complex interactions of various hydrological processes. In this study, without considering of predetermined structure, relationship between input and output system was derived individually from the nature of the data recorded. Also, the phase difference occurred between rainfall and runoff signals using cross-wavelet transform analysis. Then phase difference diagram was plotted for the single and compound events of Lighvan basin. By applying these phases at the time of the rainfall signals, all errors resulting from considering average losses in basin was minimized that in this study was introduced as "minimum error time position"(METP). Also, discharge forecasting for basin was carried out by Kalman filter model and optimization in Lighvan basin state space, using calibration step events. By applying this phase difference to effective rainfall components, the error resulting from the considering of average infiltration losses and φ index decreases to the minimum. Also, using the linear programming optimization method, the unit hydrograph for Lighvan basin was used as Kalman filter measurement model. The results showed that by applying the phases difference between rainfall and runoff signals and integration with Kalman filtering and linear programming (KF-LP-CW), the corrected Nash-Sutcliff coefficient were obtained 0.94 in both Calibration and verification steps. These values were obtained 0.63 and 0.68 in calibration and validation steps respectively, as compared to the state that phase difference was not applied (KF-LP method). Therefore, in this study, significant improvement was observed with the application of phase differences in effective precipitation components.

    Keywords: cross-wavelet, Lighvan, phase difference, rsinfall-runoff, time}
  • علی طالبی*، زهرا اسلامی، عبدالحسین عباسی
    شناسایی مناطق دارای پتانسیل زیاد سیل خیزی در حوزه آبخیز از جمله کارهای بسیار مهم در کنترل سیل و کاهش خسارات ناشی از آن می باشد. در تحقیق حاضر، به بررسی امکان اولویت بندی نه زیرحوضه از نظر سیل خیزی در حوزه آبخیز اسکندری واقع در استان اصفهان با استفاده از نرم افزار HEC-HMSپرداخته شده است. همچنین، اولویت بندی زیرحوضه ها با استفاده از روش های تجربی ضریب سیل خیزی و دبی پیک در واحد سطح انجام شد. به منظور اجرای مدل HEC-HMS از بارش طرح با دوره بازگشت های دو ، پنج، 10، 50 و 100 ساله استفاده شد. با کاربرد روش حذف ترتیبی زیرحوضه ها و حذف CN هر یک از زیرحوضه ها در هر مرتبه از اجرای مدل، هیدروگراف های سیل متناظر با بارش، برای هر یک از زیرحوضه ها محاسبه و میزان تاثیر هر یک از آن ها در تولید سیل خروجی به دست آمد و زیرحوضه ها به ترتیب نقش آن ها در سیل خروجی اولویت بندی شدند. نتایج نشان داد، زیرحوضه I با احتساب زیرحوضه های مستقل و غیر مستقل دارای اولویت نخست پتانسیل سیل خیزی می باشد. اولویت بندی زیرحوضه ها در دو روش تجربی به کار برده شده نتایج کاملا متفاوتی از یکدیگر داشته و عدم تبعیت این اولویت بندی از یک روند خاص می باشد. به طوری که زیرحوضه E در روش ضریب سیل خیزی دارای اولویت ششم و در روش برآورد دبی پیک در واحد سطح دارای اولویت سوم می باشد. با مقایسه اولویت بندی زیرحوضه ها در مدل HEC-HMS در دوره بازگشت های مختلف، نتایج نشان می دهد که اولویت بندی زیرحوضه ها در دوره بازگشت های مختلف از روندی خاص تبعیت می کند. بنابراین، مدل HEC-HMS کارایی بیشتری در اولویت بندی زیرحوضه ها از لحاظ سیل خیزی نسبت به روش های تجربی دارد.
    کلید واژگان: استان اصفهان, بارش-رواناب, دبی پیک, ضریب سیل خیزی, کنترل سیل}
    Ali Talebi *, Zahra Eslami, Abdolhossein Abbasi
    Identification of areas with high potential for flooding in the basin is one of the most important activities in flood control and reducing its damages. In this research, the possibility of prioritizing nine sub-basins from flooding point of view has been studied in Eskandari Watershed, using HEC-HMS. Also, the priorities of sub-basins were studied using flooding coefficient and peak discharge per unit area experimental methods. In order to run HEC-HMS model, plan rainfall with two, five, 10 and 50 years return periods were used. Flood hydrographs associated with each precipitation were calculated for each sub-basin, using the sequential removal method of sub-basins and removing CN in each sub-basin in each run of the model and their effect were computed in flood generation. Results showed that sub-basin I has the first priority is flooding potential, considering independent and depended sub-basins. Prioritization of sub-basins with two experimental methods had different results that are independent from a particular process. As E sub-basin had sixth priority in flooding coefficient method and third priority in the peak discharge estimating method. By comparing the prioritization of sub-basins in HEC-HMS model in different return periods, results showed that sub-basins prioritization in different return periods has specific process. Therefore, HEC-HMS model is more efficient compared to experimental methods in sub-basins prioritization in flooding.
    Keywords: Flood control, Flooding coefficient, Isfahan Province, Peak discharge, Rainfall-runoff}
  • هادی معماریان*، محسن پوررضا بیلندی، زینت کومه
    شبیه سازی بارش- رواناب به منظور برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در حوزه های آبخیز نیازمند استفاده از مدل های مفهومی هیدرولوژیکی بهینه شده است. در این تحقیق از بسته بهینه سازی hydroPSO به منظور واسنجی و بهینه سازی پارامترهای مدل بارش-رواناب KINEROS2 (K2) در حوزه آبخیز تمر در استان گلستان استفاده شد. بدین منظور از 4 واقعه رگباری در تاریخ های مختلف استفاده شد. نتایج حاکی از کارایی بهتر مدل در شبیه سازی هیدرولوژیک واقعه رگباری شماره 2 می باشد که در این شبیه سازی، ضریب تبیین (R2) و ضریب نش (NSE) به ترتیب برابر با 9084/0 و 92/0 به دست آمد. شبیه سازی بر اساس وقایع رگباری شماره 3 و 4 با ضرایب NSE برابر با 89/0 و 86/0 توانست منجر به برازش به ترتیب عالی و خوب رکوردهای شبیه سازی شده بر رکوردهای مشاهداتی شود. تحلیل حساسیت نشان داد که پارامترهای Ks_p، Ks_c، n_p، n_c، CV_p و Sat به ترتیب مهم ترین و موثرترین پارامترها در فرآیند واسنجی مدل K2 به شمار می روند. توزیع فراوانی برخی از پارامترها مانند Ks_p و n_c دارای شکل زنگوله ای با اوج تیزتر می باشد که این خود نشان دهنده عدم قطعیت کمتر تحمیل شده از جانب این پارامترها بر مدل است. اما برخی از پارامترها مانند In، COV، Por_p و Dist_p توزیع فراوانی یکنواختی را نشان می دهند. تفسیر بصری نمودارهای جعبه ای نشان می دهد که در 6 پارامتر Ks_c، n_c، G_c، Rock، Dist_c و Smax ارزش بهینه پارامتر به دست آمده در فرآیند واسنجی منطبق بر میانه ارزش های نمونه برداری شده است که این مطلب موید این است که اکثر ذرات به سمت یک منطقه کوچک از فضای پاسخ هدایت شده اند. نمودارهای نقطه ای نیز نشان می دهند که ارزش های بهینه پارامترهای Ks_p، Ks_c و n_c دامنه محدودی از فضای پارامتری را که راندمان بالای مدل K2 را ایجاد می کند، اشغال می نمایند. به عبارت دیگر کارآیی مدل بیشتر تحت تاثیر اندرکنش پارامترهای Ks و n می باشد. تحلیل همبستگی نیز نشان داد که بالاترین ضریب همبستگی NSE در درجه اول با پارامترهای Ks _p، Ks_c و n_p و سپس با پارامترهای CV_p، G_c، Por_p، Dist_p و Smax به دست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد که بسته بهینه سازی hydroPSO می تواند با موفقیت با مدل K2 تلفیق شده و با سرعت و کارآیی بالایی پارامترهای مدل را واسنجی و بهینه سازی نماید.
    کلید واژگان: hydroPSO, KINEROS2, بهینه سازی انبوه ذرات, بارش-رواناب, شبیه سازی}
    Hadi Memarian *, Mohsen Pourreza Bilondi, Zinat Komeh Zinat Komeh
    Simulation of rainfall-runoff process for planning and management of water resources and watersheds requires the use of a conceptual optimized hydrological model. In this study, the hydroPSO package was employed to optimize KINEROS2 (K2) parameters applied in the Tamar watershed, Iran. Four storm events were utilized in hydrograph simulation. Results indicated better efficiency of K2 based on the event #2 with the coefficient of determination and Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) of 0.9084 and 0.92, respectively. The events #3 and #4 with NSE of 0.89 and 0.86 showed the excellent and very good fitness of simulated flow compared to observed flow, respectively. Sensitivity analysis established that the parameters Ks_p, Ks_c, n_p, n_c, CV_p and Sat were the most effective parameters in K2 calibration, respectively. The posterior distributions of some parameters such as Ks_p and n_c appeared to be more sharply peaked than other parameters which established less uncertainty in hydrological modeling. Visual inspection of boxplots showed that for 6 out of 16 parameters (Ks_c, n_c, G_c, Rock, Dist_c and Smax) the optimum value found during the optimization coincided with the median of all the sampled values confirming that most of the particles converged into a small region of the solution space. Dotty plots showed that the optimum values found for Ks_p, Ks_c, and n_c define a narrow range of the parameter space with high model performance. On the other hand, the model performance was more impacted by the interaction of Ks and n parameters. The parameters CV_p and n_p showed a wider range of the optimized levels. Correlation analysis revealed that the highest linear correlation between the NSE and K2 parameters was obtained for the Ks _p, Ks_c and n_p, followed by CV_p, G_c, Por_p, Dist_p and Smax. Conclusively, this work demonstrated the capability of hydroPSO in optimization of the K2 as an event-based hydrological model.
    Keywords: HydroPSO, KINEROS2, Particle Swarm Optimization (PSO), Rainfall-runoff, Simulation}
  • سمیرا بیاتی، محمدعلی نصراصفهانی*، خدایار عبدالهی
    جریان پایه بخشی از جریان کل رودخانه است که مرتبط با جریان تخلیه شده از سفره های آب زیرزمینی است. به دلیل تغییرات شدید بارش و سایر مولفه های هیدرولوژیکی در مناطق خشک و نیمه خشک، شبیه سازی این جریان در سطح حوضه آبخیز به خصوص در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است. به منظور بررسی نقش جریان پایه در جریان کل، مدل های هیدرولوژیکی به عنوان ابزاری مناسب در این زمینه استفاده می شوند. در این مطالعه نیز به منظور بررسی بیلان آب و برآورد جریان حوضه آبخیز ونک از مدلی توزیعی به نام WetSpass-M استفاده شد که با هدف شبیه سازی بیلان آب در مناطق خشک و نیمه خشک توسعه یافته است. از آنجا که مدل مذکور بر تغییرات مکانی مولفه های هیدرولوژیکی تمرکز دارد، برای حوضه مورد مطالعه تمام ورودی های این مدل به جز تعداد روزهای بارانی که متوسط گیری مکانی می شود، به صورت نقشه های رستری با فرمت اسکی و در مقیاس زمانی ماهانه وارد شد. بررسی عملکرد مدل با مقدار ضریب نش- ساتکلیف 57/0 و 56/0 برای جریان کل به ترتیب در دوره واسنجی و اعتبار سنجی و 52/0 برای جریان پایه در هر دو دوره نشان داد که مدل با دقت قابل قبولی جریان کل و جریان پایه حوضه ونک را شبیه سازی می کند. همچنین مقایسه چشمی هیدروگراف های مشاهداتی و شبیه سازی شده نشان می دهد که عملکرد مدل در شبیه سازی جریان کل، اندکی بهتر از جریان پایه است. جمع بندی دیگر این کنترل آن است که شبیه سازی جریان های با مقدار کمتر در مقایسه با جریان های سیلابی نسبتا بهتر بوده است. نتایج حاصل از شبیه سازی اجزای بیلان آب در حوضه مورد مطالعه نیز نشان داد که بیش ترین سهم مولفه های بیلان آب از بارش سالانه حوضه مربوط به تغذیه پتانسیل آب زیرزمینی می باشد.
    کلید واژگان: بارش- رواناب, جریان زیرسطحی, مدل توزیعی مکانی, WetSpass-M}
    Samira Bayati, Mohammad Ali Nasr, Esfahani Dr*, Khodayar Abdollahi Dr
    Base-flow can be considered as a part of stream-flow which is connected to discharged flow from aquifers. Due to high variations in rainfall values and other hydrological components in arid and semi-arid areas, watershed scale simulation of the flow is very important. Hydrological models are generally employed as an appropriate tool in this field of study. This work makes uses of use a distributed model called WetSpass-M to investigate water balance and estimate the total flow for Vanak watershed. This model was developed with the aim of simulating water balance in arid and semi-arid regions. Since the model focuses on spatial variations of hydrological components for a desired watershed, all inputs of this model are in the form of raster maps with an ascii format. The temporal resolution for grid inputs was set on a monthly scale except the number of rainy days. The performance of the model for total flow was measured with the Nash-Sutcliff coefficient, the values of 0.57 and 0.56 in both calibration and validation periods were obtained respectively. It also shows an efficiency coefficient of 0.52 for simulated baseflow in both periods. Thus the model result could be regard as an acceptable accuracy for both total flow and base-flow for Vanak watershed. Also a visual comparison of observed and simulated hydrograph demonstrated that model performed better in the case of total flow than filtered base-flow. The other conclusion that we draw from this visualization was low flows simulation were simulated slightly better than high flows. Additionally the results of simulation of water balance components in the study area has demonstrated that the highest portion of annual rainfall in water balance components of the watershed belongs to groundwater recharge.
    Keywords: Spatial simulation model, Sub-surface flow, Rainfall-Runoff, WetSpass-M}
  • مسعود گودرزی، برومند صلاحی، اسعد حسینی
    تغییراقلیم اثرات مستقیمی بر منابع آب می گذارد. بهره برداری و استفاده مطلوب از منابع آب و مدیریت بهینه آن مستلزم شناخت بهتر مدل های هیدرولوژی است. با توجه به این که در بیشتر حوزه های آبخیز امکان اندازه گیری تمام پارامترهای مورد نیاز جهت بررسی عکس العمل حوزه امکان پذیر نیست. بنابراین انتخاب مدلی که بتواند با ساختاری ساده و استفاده از حداقل اطلاعات ورودی، برآورد قابل قبولی از جریان رودخانه ای ارائه نماید، ضروری است. در این پژوهش با استفاده از مدل IHACRES، به ارزیابی عملکرد آن جهت شبیه سازی جریان رودخانه ای در سه مقیاس روزانه، ماهانه و سالانه در حوزه آبخیز دریاچه ارومیه در طول دوره آماری پایه جهت بررسی تغییرات اقلیمی (1990-1961) پرداخته شد. بدین منظور 10 شاخص NSE، MAE،MSE، RMSE، ER، R2، log R2 ،sqrt R2 R2 Inv و R مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از شاخص های مختلف نشان داد که مدل IHACRES دقت قابل قبولی را در شبیه سازی جریان های روزانه و ماهانه دارد. مقایسه بین جریان روزانه و ماهانه نیز نشان داد که نتایج شبیه سازی جریان ماهانه نسبت به جریان روزانه قابل قبول تر است. بررسی مقادیر جریان سالانه نیز نشان داد که مدل IHACRES مقادیر جریان سالانه را نسبت به مقادیر روزانه و ماهانه ضعیف تر شبیه سازی نموده و دارای دقت کمی است. بر اساس نتایج متوسط خطا بین جریان مشاهداتی و شبیه سازی شده مدل در طول دوره مورد بررسی در سطح حوزه برابر با 8/6 درصد است.        
    کلید واژگان: بارش- رواناب, شبیه سازی, جریان رودخانه ای, دریاچه ارومیه, IHACRES}
    M. Goodarzi, B. Salahi, S. A. Hosseini
    Climate change would have direct impacts on water resources.Optimum utilization of water resources and relevant management can be on identification of hydrologic procedures. Surface runoff is among the most important causes of erosion, land degradation, sedimentation in storages and decrease in quality of river water. As it is very difficult to determine all parameters in a basin, a simple model which can predict important factors with few inputs can be very helpful. Surface runoff is very important parameter which can be computed using IHACRES. Herein this research, IHACRES is used in three (daily, monthly and annual) time scale considering climate change status. Base period was 1961-1990 and all the simulation was done considering this period. NSE, MAE, MSE, RMSE, R2, R2 Inv, R2 log, R2sqrt ER and R indexes were used for determining the conciseness of the model. Results show that Mean Error is equal to 6.8%. The model is able to simulate runoff in daily and monthly scale while for annual time scale; it is not advice to use the model.
    Keywords: Rainfall-Runoff, Simulation, Urmia Lake Basin, IHACRES}
  • مهدیه توکلی قاضی جهانی، مجید رئوف*، علی رسول زاده، سجاد میرزایی
    بدون تردید نحوه ی مدیریت حوضه های آبخیز، تمام پارامترهای معادله بیلان را دچار تغییرات می نماید. یکی از عوامل موثر در رواناب سطحی، تغییرات کاربری اراضی می باشد. حوضه آبخیز آتشگاه یکی از زیرحوضه های مهم حوضه ی آبخیز یدی بولیک چای با مساحت 50/40 کیلومتر مربع در دامنه شرقی کوه سبلان واقع شده است. این تحقیق با هدف ارزیابی تغییرات کاربری اراضی، هیدروگراف سیل و دبی پیک حوضه آتشگاه در دو مقطع زمانی 1347 و 1390 صورت گرفت. نقشه کاربری اراضی، با استفاده از عکس های هوایی مربوطه برای سال 1347 و با استفاده از نقشه کاربری اراضی سال 1390 استان اردبیل و نرم افزار Google Earth برای سال 1390 تهیه شد. جهت برآورد متوسط حداکثر بارش روزانه از 9 ایستگاه باران سنجی استفاده شد. داده های مربوط به حداکثر بارش روزانه بعد از تکمیل و بررسی نرمال و همگن بودن وارد نرم افزار Easy Fit شد. 8 تابع توزیع احتمالاتی از طریق سه محک آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. حداکثر بارش روزانه در تمامی ایستگاه ها برای هر یک از دوره های بازگشت 2، 5، 10، 25، 50 و 100 سال با استفاده از تابع لوگ نرمال برآورد شد. جهت شبیه سازی، الگوی بارش WMO و مدل بارش-رواناب SCS انتخاب گردید. نتایج نشان داد که مساحت مراتع متراکم کاهش پیدا کرده و اراضی مسکونی و کشاورزی نیز افزایش یافته است که سبب افزایش مقدار شماره منحنی در طی 43 سال (1347 تا 1390) شده است. نتایج شبیه سازی هیدروگراف سیلاب برای دو مقطع زمانی نشان داد که با افزایش دوره بازگشت، اختلاف حداکثر دبی افزایش داشته به طوری که در دوره بازگشت 2 سال بین دبی سال 1347 و 1390 اختلاف زیادی وجود ندارد ولی با افزایش دوره بازگشت اختلاف قابل ملاحظه ای بین حداکثر دبی سیلاب دو مقطع زمانی دیده می شود. نتایج حاکی از آن است که طی دوره 43 سال مورد نظر، هیدروگراف سیلاب تغییر یافته و حداکثر دبی سیل نیز افزایش یافته است.
    کلید واژگان: کاربری اراضی, بارش روزانه, تابع توزیع احتمالاتی, بارش - رواناب}
    Mahdieh Tavakoli Ghazi Jahani, Majid Raoof*, Ali Rasoulzadeh, Sajad Mirzayi
    Watershed management undoubtedly influences all water balance equation parameters. One of the most important parameters that influence runoff is land use change. Atashgah Basin, one of the most important sub-basins of Yadyboolikkchay, has an area of 40.50 km2 and is located to the east of Sabalan Mountain. In this study the effect of land use change on flood hydrographs was evaluated for the time period between 1968 and 2011. Land use map from 1968 was prepared using aerial photographs and land use map for 2011 was prepared using land use map of Ardabil province and the Google Earth package. To estimate maximum daily precipitation, data from 9 rain stations were used. Maximum daily precipitation data were prepared, completed and normalized. 8 probability distribution functions were evaluated using 3 statistical criteria. Maximum daily precipitation was calculated for 2, 5, 10, 25, 50 and100 years return periods using a log-normal probability distribution function. For simulation, the WMO rainfall pattern and the SCS rainfall-runoff model were selected. Results showed that dense rangeland areas had decreased and area of residential and agricultural land had increased, which have cause an increase in curve number during the 43-year period. Hydrograph simulation results for the two ends of the interval showed that maximum flood flow increased greatly with increase in return period, at low return periods (2 to 10 years). There was a small difference between 1968 and 2011 in terms of flood flow at mentioned return periods. Difference between flood flow of 1968 and 2011 increased with increas in return period (decreased permeability). Results, also showed that, land use change of Atashgah basin within 43 years decreased soil permeability and increase runoff.
    Keywords: Land Use_Daily Precipitation_Probability Distribution Function_Rainfall – Runof}
  • نادرقلی ابراهیمی*، علیرضا اسلامی، فرود شریفی
    در شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک کشور، فقر پوشش گیاهی و کوهستانی بودن حوزه های آبخیز، با تمرکز و تبدیل رواناب به سیلاب، سالانه خسارات جانی و مالی فراوانی به مراکز صنعتی، شهری و روستایی وارد می شود. در طراحی و ایمن سازی پروژه های عمرانی، برآورد آستانه شروع رواناب یکی از مهم ترین عوامل موثر در دقت برآورد حجم و شدت سیل محسوب شده و محاسبه دقیق آن می تواند منجر به صرفه جویی در هزینه اجرایی و بهینه کردن ابعاد سازه های فنی شود. در این پژوهش، برای بررسی عوامل موثر در تعیین آستانه شروع رواناب از داده های باران ساز و شبیه سازی رایانه ای استفاده شد. با استفاده از دستگاه باران ساز، باران در شدت های هشت تا 40 میلی متر در ساعت و مدت های 15، 30، 60 و 120 دقیقه شبیه سازی و آستانه شروع رواناب در هر آزمایش اندازه گیری شد. با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده و به کارگیری روش های رگرسیونی چند متغیره خطی و غیرخطی، مدل های مناسبی برای برآورد آستانه شروع رواناب بر اساس عوامل و ویژگی های بارش، خاکشناسی و زمین به دست آمد. نتایج نشان داد که عمق و شدت بارندگی به عنوان عوامل اقلیمی، پوشش گیاهی و شیب به عنوان عوامل زمین و نوع بافت شنی و رسی نیز به عنوان عوامل خاکشناسی، متغیرهایی موثر در تعیین آستانه شروع رواناب هستند. ارتباط عوامل مستقل یاد شده و مشارکت آن ها به نحوی است که تخمین گر معنی دار برای آستانه شروع رواناب در منطقه می باشند. نتایج این پژوهش بیانگر ارتباط معنی داری بین مقادیر مشاهداتی و برآوردی آستانه شروع رواناب است، به نحوی که روابط رگرسیونی بین این مقادیر ضریب تبیینی معادل 0.98 را نشان داد.
    کلید واژگان: بارش رواناب, بارش مازاد, بارش مصنوعی, ظرفیت ذخیره سطحی, ظرفیت نفوذ}
    Nadergholi Ebrahimi*, Alireza Eslami, Fourod Sharifi
    Climatic conditions in arid and semi-arid regions, poor vegetation cover and mountainous conditions of watersheds concentrates surface water as floodwater and cause vital and financial damages in industrial, urban and rural areas. Runoff threshold is one of most important factors in accurately estimation of flood volume and intensity for designing and securing constructive projects which saves expenses and leads to optimum dimensions of structures. In this research, rainfall simulator was used to investigate the effective factors on runoff threshold. Rainfall intensities of eight to 40 mm/h in periods of 15, 30, 60 and 120 minutes were simulated and runoff thresholds were measured. Acceptable methods for estimation of runoff threshold were introduced based on rainfall characteristics and pedology and geology parameters using measured data and multivariable linear and nonlinear regression methods. Results demonstrated that the rainfall volume and intensity as climatic factors, vegetation cover and slope as terrain factors and soil texture as pedologic factors are the most effective ones in runoff threshold. The relation of independent factors and their partnership in runoff threshold is statistically acceptable for the research area. The results showed a significant correlation (R2=0.98) between estimated and viewed runoff threshold.
    Keywords: Artificial rainfall, Excess rainfall, Infiltration capacity, Rainfall, runoff, Surface storage capacity}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال