ارزيابي مدل هاي تعيين پاسخ آب‌شناختي در آبخيز آزمايشگاهي

مقدمه و هدف با توجه به كاربرد پاسخ آب‌شناختي آبخيز، روش هاي مختلفي براي تعيين اين پاسخ انجام شده است و نتايج آن با توجه به داده هاي استفاده شده تنوع دقت و صحت زيادي داشته است. با بررسي و جمع بندي نتايج پژوهش‌هاي انجام شده در بحث مدل سازي بارش-رواناب و به‌ويژه روش زمان-مساحت، مشخص شد كه در اغلب اين پژوهش‌ها، از مفهوم زمان تمركز آبخيز بهره گرفته شده است كه در اكثر رابطه‌هاي تعيين اندازه‌ي آن، از خصوصيات فيزيكي آبخيز استفاده شده است و وابستگي زمان تمركز به شرايط بارش بررسي نشده است. از اين رو، اين پژوهش با هدف ارزيابي اين روش ها با بهره‌گيري از روش موج جنبشي در بستر GIS، روش HEC-1 و روش بهينه سازي با استفاده از دستورالعمل ژنتيك، در يك آبخيز آزمايشگاهي وي-شكل انجام شد. مواد و روش‌ها در اين پژوهش به منظور مدل سازي بارش-رواناب از داده هاي مشاهده اي موجود در آبخيز آزمايشگاهي وي-شكل آزمايشگاه دانشگاه ايلينويز استفاده شد. آبخيز مطالعه شده، با سطح نفوذناپذير از جنس آلومينيوم و دو صفحه‌ي جانبي همسان با شيب يك‌ طرفه به سمت كانال با اندازه‌ي ثابت 1% بود. افزون بر اين، يك كانال مياني هم با شيب يك‌طرفه به سمت خروجي آبخيز با اندازه‌ي ثابت 1% داشت. اندازه‌ي زبري مانينگ در اين آبخيز، بر پايه‌ي سعي و خطا 0/014 تعيين شد. نتايج و بحث پس از تهيه نمودار زمان-مساحت آبخيز با استفاده از هريك از روش هاي مزبور، آب‌نگار خروجي آبخيز متناظر با اين روش ها تعيين شد. سپس نتايج به‌دست آمده با داده هاي مشاهده‌اي مقايسه شد و اجزاي مختلف آب‌نگار هاي محاسبه‌اي نيز بررسي شد. نتايج نشان داد كه عملكرد دستورالعمل ژنتيك در تعيين زمان اوج آب‌نگار با 15% خطاي نسبي، از عملكرد مدل‌هاي موج جنبشي و HEC-1 بهتر بود. همچنين مدل دستورالعمل ژنتيك با ميانگين شاخص نش-ساتكليف 0/968 و ميانگين شاخص همبستگي 0/983 بيشترين تطابق را با آب‌نگار هاي مشاهده‌اي داشت. همچنين با برازش منحني با نتايج مدل سازي، معادله‌ي تعيين زمان تعادل آبخيز نسبت به شدت بارش به‌دست آمد كه ضريب تعيين آن 0/999 بود. اين معادله بيان‌گر رابطه‌ي عكس زمان تعادل با شدت بارش (با توان 0/33) است يعني با دو برابر شدن شدت بارش، زمان تعادل 20% كاهش مي يابد. درنهايت ضريب معادله‌ي تعيين زمان تعادل براي اين آبخيز 495/2 به‌دست آمد كه به ازاي هر شدت بارش، زمان تعادل متناظر آن با دقت زياد قابل محاسبه است. نتيجه گيري و پيشنهادها در اين پژوهش در شرايط آبخيز آزمايشگاهي مدل‌سازي بارش-رواناب با سه دسته رخداد و سه دسته مدت بارش گوناگون كه هر دسته رخداد با چهار اندازه‌ي مختلف شدت بارش بود انجام شد. نمودارهاي آب‌نگار متناظر با هر رخداد به‌دست آمد. با بررسي نمودارهاي محاسبه‌اي و مقايسه با نمودارهاي مشاهده‌اي، مشخص شد عملكرد سه مدل در تعيين حداكثر آب‌دهي، خطاي نسبي يك تا دو درصد بود ولي در تعيين زمان رسيدن به اوج آب‌نگار، مدل هاي موج جنبشي و HEC-1، با خطاي نسبي 44% ، عملكرد متوسط داشت. درنهايت با بهره گيري از دو شاخص همبستگي و نش-ساتكليف، مشخص شد كه در روش دستورالعمل ژنتيك، آب‌نگار محاسبه‌اي به اندازه‌هاي مشاهده‌اي نزديك تر بودند و تطابق بيشتري با داده هاي مشاهده‌اي داشتند. شايان ذكر است در اين آبخيز آزمايشگاهي وابستگي زمان تعادل به شدت بارش در شرايط نفوذناپذيري تأييد شد. پيشنهاد مي‌شود در صورت اعمال شرايط نفوذ عمقي و يا تغيير در اندازه‌ي زبري سطح و تعيين اندازه‌ي وابستگي تعيين و بررسي شود.