جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "شبیه سازی هیدرولوژیکی" در نشریات گروه "آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع"
تکرار جستجوی کلیدواژه «شبیه سازی هیدرولوژیکی» در نشریات گروه «کشاورزی»-
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 هاحوزه 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 گیریاهمیت 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 مدلIntroductionDue 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 methodsThe 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 discussionThis 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.
ConclusionsThe 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 -
استفاده پایدار از منابع آب شیرین و تحلیل رفتار هیدرولوژیکی حوضه جهت مدیریت منابع آب مستلزم شناخت از وضعیت مولفه های بیلان آب است. هدف اصلی پژوهش برآورد مولفه های بیلان آب حوضه آبریز بالخلوچای با مساحت 567 کیلومترمربع می باشد. بنابراین اطلاعات لازم از قبیل پارامترهای هواشناسی، دبی ماهانه و همچنین نقشه های مورد نیاز تهیه و به مدل معرفی شد. به منظور واسنجی و اعتبارسنجی مدل، از الگوریتم SUFI2 استفاده شد. بازه زمانی سال 2003 تا 2013 برای دوره واسنجی و 2014 تا 2018 برای اعتبارسنجی در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد ضرایب نش-ساتکلیف و تبیین برای دوره واسنجی به ترتیب 52/0، 60/0 و برای دوره اعتبارسنجی به ترتیب 60/0 و 65/0 استخراج گردید. همچنین مولفه های بیلان حوضه نشان داد 69 درصد بارش از طریق تبخیر و تعرق وارد اتمسفر می-شود. در حدود 16 درصد به صورت رواناب سطحی و جریان جانبی و جریان بازگشتی وارد آبراهه ها شده و 15 درصد آن نیز نفوذ پیدا می-کند. نتایج حاصل از پژوهش، نشان دهنده کارایی خوب مدل SWAT در شبیه سازی بیلان آب حوضه آبریز بالخلوچای است. از مهمتربن دلایل افت کارآیی مدل می توان به ناکامل بودن به ضرایب ذوب برف، کمتر سازگار بودن فرضیات اولیه مدل، برای شبیه سازی جریان آب در ارتفاعات زیاد و لایه های یخ زده و کمبود اطلاعات لازم در خصوص شبیه سازی آبهای زیرزمینی اشاره نمود.
کلید واژگان: الگوریتم SUFI2بیلان آب, شبیه سازی هیدرولوژیکی, مدل SWAT, آبراهه هاSustainable use of fresh water resources and analysis of the hydrological behavior of the basin for water resources management requires knowledge of the state of water balance components. The main goal of the research is to estimate the water balance components of the Balkhlochai catchment area with an area of 567 square kilometers. Therefore, necessary information such as meteorological parameters, monthly discharge, as well as required maps were prepared and introduced to the model. In order to test and validate the model, SUFI2 algorithm was used. The period of 2003 to 2013 was considered for the validation period and 2014 to 2018 for validation. The results showed that the Nash-Sutcliffe and explanation coefficients were 0.52 and 0.60 respectively for the validation period and 0.60 and 0.65 respectively for the validation period. Also, the balance components of the basin showed that 69% of precipitation enters the atmosphere through evaporation and transpiration. About 16% enters waterways as surface runoff, lateral flow, and return flow, and 15% of it also infiltrates. The results of the research show the good performance of the SWAT model in simulating the water balance of the Balkhlochai watershed. One of the most important reasons for the decrease in the efficiency of the model can be attributed to the incompleteness of the snow melting coefficients, the less compatible initial assumptions of the model, for the simulation of water flow at high altitudes and frozen layers, and the lack of necessary information regarding the simulation of underground water cited.
Keywords: SUFI2 Water Balance Algorithm, Hydrological Simulation, SWAT Model, Waterways -
حوزه های آبخیز شهری رفتار هیدرولوژیکی و هیدرولیکی کاملا متفاوتی نسبت به حوزه های طبیعی بروز می دهند. شهر های واقع در نوار ساحلی خزر، سالانه چندین بار هنگام بارش و رگبار های نسبتا شدید، دچار سیل گرفتگی شده و چشم انداز نامطلوبی را در سطح شهر ایجاد می کند. امروزه ضرورت برقراری نظم و ایجاد محیطی امن برای شهروندان مستلزم برنامه ریزی جامع، طراحی و مدیریت سیستم های دفع آب های سطحی می باشد، که این امر می تواند در قالب یک روش کارآمد و با استفاده از مدل های محاسبه و کنترل رواناب های شهری تحقق یابد. در این پژوهش ازمدل MIKE SWMM جهت شبیه سازی سیلاب در حوزه های آبخیز شهر ساری استفاده شده است. محدوده مورد مطالعه بخشی از شهر ساری با مساحت 64/39 هکتار است که به 51 زیرحوزه تقسیم گردید و به این منظور اطلاعاتی از قبیل وضعیت اقلیمی، توپوگرافی، رژیم هیدرولوژیکی منطقه، وضعیت فعلی شبکه های جمع آوری آب های سطحی و خصوصیات هیدرولیکی آن ها جمع آوری شد. با به کارگیری این مدل توسط مجموعه ای از داده های هیدرولوژیکی و داده های هیدرولیکی سیستم زهکشی، قابلیت شبکه جمع آوری آب های سطحی در خروج آب های سرگردان حاصل از رگبارهای طرح با تداوم 2، 4 و 6 ساعته و با دوره های بازگشت 2، 5، 10 و 25 سال ارزیابی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که برخی از مجاری آبروی موجود در این نواحی توانایی و قابلیت عبور دادن سیلاب طراحی را نداشته و این امر موجب می گردد تا در محل گره های منتهی به مسیر های بحرانی اضافه بار و شرایط سیلابی ایجاد شود که این وضعیت در برخی از گره ها به حدی طولانی خواهد شد که می تواند موجب بروز مشکلات جدی در خصوص تردد و آب گرفتگی معابر شود.کلید واژگان: حوزه آبخیز شهری, سیستم زهکشی, شبیه سازی هیدرولوژیکی, شبیه سازی هیدرولیکی, مدل های کامپیوتریUrban watershed shows quite different hydrological and hydraulic behavior from natural watershed. Cities, that located along the Caspian coastline, have been flooded annually several times by relatively extreme storms and it creates a negative outlook in the cities. Comprehensive planning, design and management of surface water drainage systems are essential for creating a safe environment for the citizens. Computer models control urban run-off. Studying area is 39.64 (ha) that it was divided into 51 sub-basins. The simulation of flooding in urban catchment basins for this study was required information such as climatic, topographic, hydrologic regime, current status of surface water collecting network and hydraulic properties. In this study, urban flooding is simulated by MIKE SWMM model. By applying this model, in term of hydrologic and hydraulic data of the drainage systems, capability of surface water collecting system were evaluated for safe passage wandering water with design storm for 2, 4 and 6 hours and return periods of 2, 5, 10 and 25. The critical nodes and channels were identified after simulation. In result, simulation also showed that some existing water channels in this region, have not capability of passing design floods and this inability causes extra load and creates flooding condition in ending nodes over critical routs. Thereby, this long-time condition creates serious difficulties in transportation system and make inundation in the roads.Keywords: Urban watershed, Drainage system, Hydrologic simulation, Hydraulic simulation, Computer mode
- 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.