تخمين طول منطقه اشباع و زمان پيمايش زير سطحي دامنه ها بر اساس سه شبيه اشباع پذيري دامنه هاي مركب

Prediction of saturated zone length and subsurface travel time of hillslopes based on three saturation models of complex hillslopes

دامنه هاي حوزه هاي آبخيز در طبيعت داراي هندسه مركب هستند. شكل پلان (همگرايي، واگرايي و موازي) و ميزان انحناي دامنه (مقعر، صاف و محدب)، نه شكل مختلف دامنه هاي مركب را تشكيل مي دهند. جهت بررسي ميزان رواناب سطحي و زير سطحي دامنه ها، طبق مكانيسم داني بلاك نيازمند جداسازي منطقه اشباع از منطقه غير اشباع مي باشد. زمان پيمايش جريان زير سطحي و سطحي دامنه ها يك پارامتر كليدي در تخمين رواناب دامنه هادر بسياري از مدل هاي بارندگي-رواناب مانند مدل هاي هيدروگراف واحد لحظه اي مي باشند. در اين تحقيق يك مدل جديد به نام گاما با هندسه و معادلات ساده تر به كار گرفته شد. در اين مدل معادلاتي تحليلي جهت محاسبه طول منطقه اشباع (SZL) و زمان پيمايش دامنه هاي مركب (STT) ارايه شد. نتايج مدل اشباع پذيري و زمان پيمايش مدل پيشنهادي گاما با مدل زيگما و w كه در تحقيقات گذشته ارايه شده بود مورد مقايسه قرار گرفت. براي ارزيابي دو مدل گاما و زيگما، مدل W به عنوان مبنا قرار گرفت و از دو معيار ريشه ميانگين مربع خطاها (RMSE) و ضريب كارايي ناش (CE) استفاده گرديد. متوسط مقدار RMSE براي تخمين SZL طبق مدل گاما و زيگما به ترتيب 0.84و 0.82 متر مي باشند. متوسط مقادير CE براي محاسبه پارامتر STT براي مدل گاما و زيگما به ترتيب 0.79 و 0.72 است كه ارزيابي از نوع خوب مي باشد. مدل گاما نتايج بسيار نزديكي به مدل زيگما دارد ولي براي دامنه هاي واگرا صاف و محدب پيشنهاد نمي گردد.

Hillslopes of natural catchments have a complex geometry. In complex hillslopes, the plan shape (convergence, parallelity and the amount of profile curvature (concave, straight and convex) create nine different shapes of complex hillslopes. To examine the amount of surface and subsurface runoff of hillslopes based on Dunne-Black mechanism, the saturated and unsaturated zones of hillslopes must be first separated. Travel time of surface and subsurface flow is a key parameter in runoff prediction of most rainfall-runoff models like time-dependent hydrograph models. In this research, a new simple saturation model, called Gamma, was employed with simpler geometry and equations. In this model, analytical equations were introduced to calculate saturation zone length (SZL) and subsurface travel time (STT). Results of Gamma saturation model and travel time of the proposed model were compared with other complex saturation models like W model and Sigma model by using two criteria of root mean square error (RMSE) and Nash efficiency factor (CE). The mean of RMSE for SZL prediction according to Gamma and Sigma models are 0.84 and 0.82 respectively. The mean CE for STT prediction according to Gamma and Sigma models are 0.79 and 0.72 respectively that were evaluated well. The main goal of this study is the examination of the efficiency of three models in estimation of saturated zone length and subsurface travel time. According to the results, Gamma model results were very close to those of Sigma model but for the straight divergent and convex divergent hillslopes, the Gamma model is not recommended.