ارزیابی مدل های تعیین پاسخ آب شناختی در آبخیز آزمایشگاهی

با توجه به کاربرد پاسخ آب شناختی آبخیز، روش های مختلفی برای تعیین این پاسخ انجام شده است و نتایج آن با توجه به داده های استفاده شده تنوع دقت و صحت زیادی داشته است. با بررسی و جمع بندی نتایج پژوهش های انجام شده در بحث مدل سازی بارش-رواناب و به ویژه روش زمان-مساحت، مشخص شد که در اغلب این پژوهش ها، از مفهوم زمان تمرکز آبخیز بهره گرفته شده است که در اکثر رابطه های تعیین اندازه ی آن، از خصوصیات فیزیکی آبخیز استفاده شده است و وابستگی زمان تمرکز به شرایط بارش بررسی نشده است. از این رو، این پژوهش با هدف ارزیابی این روش ها با بهره گیری از روش موج جنبشی در بستر GIS، روش HEC-1 و روش بهینه سازی با استفاده از دستورالعمل ژنتیک، در یک آبخیز آزمایشگاهی وی-شکل انجام شد.

در این پژوهش به منظور مدل سازی بارش-رواناب از داده های مشاهده ای موجود در آبخیز آزمایشگاهی وی-شکل آزمایشگاه دانشگاه ایلینویز استفاده شد. آبخیز مطالعه شده، با سطح نفوذناپذیر از جنس آلومینیوم و دو صفحه ی جانبی همسان با شیب یک طرفه به سمت کانال با اندازه ی ثابت 1% بود. افزون بر این، یک کانال میانی هم با شیب یک طرفه به سمت خروجی آبخیز با اندازه ی ثابت 1% داشت. اندازه ی زبری مانینگ در این آبخیز، بر پایه ی سعی و خطا 0/014 تعیین شد.

پس از تهیه نمودار زمان-مساحت آبخیز با استفاده از هریک از روش های مزبور، آب نگار خروجی آبخیز متناظر با این روش ها تعیین شد. سپس نتایج به دست آمده با داده های مشاهده ای مقایسه شد و اجزای مختلف آب نگار های محاسبه ای نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که عملکرد دستورالعمل ژنتیک در تعیین زمان اوج آب نگار با 15% خطای نسبی، از عملکرد مدل های موج جنبشی و HEC-1 بهتر بود. همچنین مدل دستورالعمل ژنتیک با میانگین شاخص نش-ساتکلیف 0/968 و میانگین شاخص همبستگی 0/983 بیشترین تطابق را با آب نگار های مشاهده ای داشت. همچنین با برازش منحنی با نتایج مدل سازی، معادله ی تعیین زمان تعادل آبخیز نسبت به شدت بارش به دست آمد که ضریب تعیین آن 0/999 بود. این معادله بیان گر رابطه ی عکس زمان تعادل با شدت بارش (با توان 0/33) است یعنی با دو برابر شدن شدت بارش، زمان تعادل 20% کاهش می یابد. درنهایت ضریب معادله ی تعیین زمان تعادل برای این آبخیز 495/2 به دست آمد که به ازای هر شدت بارش، زمان تعادل متناظر آن با دقت زیاد قابل محاسبه است.

در این پژوهش در شرایط آبخیز آزمایشگاهی مدل سازی بارش-رواناب با سه دسته رخداد و سه دسته مدت بارش گوناگون که هر دسته رخداد با چهار اندازه ی مختلف شدت بارش بود انجام شد. نمودارهای آب نگار متناظر با هر رخداد به دست آمد. با بررسی نمودارهای محاسبه ای و مقایسه با نمودارهای مشاهده ای، مشخص شد عملکرد سه مدل در تعیین حداکثر آب دهی، خطای نسبی یک تا دو درصد بود ولی در تعیین زمان رسیدن به اوج آب نگار، مدل های موج جنبشی و HEC-1، با خطای نسبی 44% ، عملکرد متوسط داشت. درنهایت با بهره گیری از دو شاخص همبستگی و نش-ساتکلیف، مشخص شد که در روش دستورالعمل ژنتیک، آب نگار محاسبه ای به اندازه های مشاهده ای نزدیک تر بودند و تطابق بیشتری با داده های مشاهده ای داشتند. شایان ذکر است در این آبخیز آزمایشگاهی وابستگی زمان تعادل به شدت بارش در شرایط نفوذناپذیری تایید شد. پیشنهاد می شود در صورت اعمال شرایط نفوذ عمقی و یا تغییر در اندازه ی زبری سطح و تعیین اندازه ی وابستگی تعیین و بررسی شود.