توليد آب‌نگار واحد مصنوعي بر پايه‌ي ويژگي‌هاي فراكتال حوضه‌ي آبخيز

Synthetic Unit Hydrograph Based on Fractal Characteristics of Watersheds

زمان تمركز يكي از اصلي ترين مباحث در مطالعات گيتانگاري و آبشناسي حوضه‌هاي آبخيز مي باشد، كه تأثير نسبتا زيادي را در محاسبۀ ديگر فراسنج هاي آبشناسي، خصوصاً بده اوج سيلاب، و در نهايت استخراج آب‌نگار واحد حوضه دارد .هندسه‌ي فراكتال، مي‌تواند به عنوان ابـزار كمي مناسب جهت بررسي زمين‌ريخت‌شناسي رودخانه ها و شبيه‌سازي بسياري از پديده‌هاي پيچيده‌ي طبيعي بكار گرفته شود. مهمترين ويژگي فراكتالي، كه در مورد اين پديده ها تحليل مـي‌شـود، بعد فراكتال است كه اهميت را زيادي در شناخت رفتار و پيش بيني تغييرات رودخانـه دارد.اين مقاله نيز با هدف يافتن روابطي براي زمان تمركز بر اساس بعد فراكتال به توليد آب‌نگار واحد مثلثي فراكتالي در تمام زير حوضه هاي حوضه‌ي وال نات گولچ مي پردازد. بر اين اساس، تمام زير حوضه ها و آبراهه هاي حوضه ي وال نات گولچ با استفاده از نرم افزار ARC GIS تفكيك شد؛ زير حوضه ها پردازش تصويري گرديدند و پردازش مربوط به آبراهه ها با الگوريتم شمارش جعبه اي تحليل و بعد فراكتال محاسبه شد. سپس با برازش دادن منحني بعد فراكتال حوضه با زمان تمركزي كه با كاربرد روش كرپيچ محاسبه شد، و زمان تمركز جديد با توجه به بعد فراكتال بهدست آمد. در نهايت، با استفاده از زمان تمركز جديد آب‌نگار واحد مثلثي فراكتالي توليد شد . نتايج نشان دادند كه آب‌نگارهاي واحد مثلثي توليد شده تطابق نسبتا خوبي را با آب‌نگار واحد مثلثي NRCS داشتند، به جز در مواردي كه، يك: رده‌ي آبراهه پايين باشد، مانند حوضه هاي 4 و 15 و دو: اين‌كه ، گسترش ، در راستاي بلندترين طول آبراهه و اختلاف ارتفاع حوضه زياد باشد، مانند حوضه هاي 1 و 10.

Time of concentration is one of the main topics of physiographic and hydrology studies in watersheds, and it has relatively large impact in calculation of other hydrology parameters, especially flood peak discharge. Moreover, it is used to derive the unit hydrograph of watershed. Fractal geometry can be used as a qualitative tool in order to examine the geomorphology of rivers and also modeling of complex natural phenomena. The most important feature which is analyzed about the phenomena is the fractal dimension that has a great importance to understand and predict the behavior of river changes. This article is aimed to find relationships for time of concentration based on fractal dimension using the production of fractal triangular unit hydrograph of Walnut Gulch watershed. Accordingly, all sub-watersheds and waterways of Walnut Gulch watershed were separated using the GIS software, image of sub-watersheds were digital image processed and the fractal dimension of waterways were calculated using box counting method. Then, by fitting the curve of watershed fractal dimension with the concentration time, which had been calculated by the Kirpich method, a new time of concentration relation was obtained based on the fractal dimension. Finally, fractal triangular unit hydrograph was developed using the new time of concentration. Results showed that the developed triangular unit hydrographs had a relatively appropriate match with NRCS triangular unit hydrograph.