مدل‌سازي بارش - رواناب مبتني بر رويكرد پويايي سيستم، مطالعه موردي: حوضه كارده مشهد

Rainfall-runoff modeling based on system dynamics approach (Case study: Mashhad Kardeh dam basin

مدل‌سازي بارش-رواناب يكي از روش‌هاي تخمين رواناب و ابزاري مناسب براي مطالعه فرايندهاي هيدرولوژيكي، ارزيابي منابع آبي و مديريت حوزه آبخيز مي­باشد. اما پيچيدگي و ماهيت غير خطي فرايند بارش-رواناب و ناشناخته بودن تاثير عوامل روي يكديگر و نهايتا روي دبي خروجي حوضه مدل‌سازي را مشكل‌تر مي­‌كند. لذا، استفاده از روش‌هايي كه علاوه بر پويايي، قابليت توسعه، ساختار مفهومي و كاربرپسند داشته باشد، ضروري مي­باشد. از اين‌رو در اين مطالعه براي مدل‌سازي بارش-رواناب از روش­‌هاي پويايي سيستم در حوضه سد كارده مشهد استفاده شد. مدل ارائه‌ شده شامل شش مخزن است كه عبارت‌ از مخزن برف، مخزن تاج پوشش، مخزن سطوح نفوذناپذير، مخزن خاك سطحي، مخزن خاك زيرسطحي و مخزن آب زيرزميني مي­باشند. داده­‌هاي ورودي مورد نياز شامل بارندگي و دماي متوسط روزانه است. براي واسنجي مدل از داده­هاي روزانه دبي خروجي حوضه در بازه زماني سال­‌هاي 1998 تا 2008 و براي دوره اعتبارسنجي آمار سال 2009 تا 2012 استفاده شد. نتايج تحليل حساسيت مدل نشان داد كه پارامترهاي مربوط به دما از حساسيت بيشتر برخوردار بوده و تأثير قابل ‌ملاحظه‌اي روي دبي و دبي پيك حوضه دارند. همچنين، مقادير شبيه‌سازي ‌شده و مشاهده­اي تطابق خوبي دارند و دامنه ضريب ناش-­ساتكليف به‌دست‌ آمده در دوره اعتبارسنجي بين 0.67-0.57 است كه نشان‌دهنده توانايي بالاي روش­هاي پويايي سيستم در مدل‌سازي بارش-رواناب حوضه مي­‌باشد.

Rainfall-runoff modeling is on of runoff estimation techniques and an appropriate tool for studying hydrological processes, water resources evaluation and watershed management. But the complexity and the non-linear nature of rainfall-runoff process and not being known factors affecting it and generally on discharge at watershed outlet, modeling has become more difficult. Therefore, using the methods that have additionally dynamic, development capability, conceptual structure and user friendly is essential. Therefore, in this study for rainfall-runoff modeling were used system dynamics methods in the Kardeh dam basin of Mashhad. The proposed model includes 6 reservoir including snow storage, canopy storage, impervious storage, surface soil storage, subsurface storage and groundwater storage. The input data required includes average daily precipitation and temperature. To calibrate the model daily discharge data from basin outlet in the period from 1998 to 2008 and for evaluation the discharge from 2009 to 2012 were used. The results of sensitivity analysis showed temperature parameters are more sensitive and have considerable impact on discharge and peak flow. Also the results indicate that the simulated stream flow pattern is quite similar to that observed and Nash-Sutcliffe coefficient obtained in the evaluation period between 0.57-0.67 which represents that the system dynamics methods is high ability to rainfall-runoff modeling.