مدل‌سازی هیدرولوژی با استفاده از سیستم اطلاعات مکانی (‌ (GIS‌‌ در محدوده حوضه کوهستانی الوند

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: مدل‌سازی هیدرولوژی با استفاده از سیستم اطلاعات مکانی (‌ (GIS‌‌ در محدوده حوضه کوهستانی الوند

ارائه دهنده: Provider: علی‌رضا سماواتی

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر یوسف رضایی - دکتر مرتضی حیدری مظفر

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر حسین ترابزاده - دکتر جلال صادقیان

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 15 دی 1399

مکان ارائه: Place of presentation:

چکیده: Abstract: در ایران اکثر حوضه‌های آبریز به‌ویژه حوضه‌های آبریز کوهستانی و صعب‌العبور فاقد ایستگاه‌های اندازه‌گیری هیدرولوژیکی به تعداد کافی می‌باشند. همچنین، بعضی از ایستگاه‌ها برای مدت طولانی فاقد آمار هستند. در مدل‌سازی حوضه‌ها که فرآیندهای مختلف هیدرولوژیکی را ترکیب می‌کند، وجود داده‌های هیدرولوژیک کافی، نقش مهمی دارد. کاربرد مدل‌های مفهومی و ریاضی هیدرولوژیکی، به عنوان ابزار ارزیابی پاسخ حوضه، در برابر بارگذاری هیدرولوژیک، مستلزم واسنجی مدل و یا به‌عبارتی برآورد پارامترهای مدل با هدف بیشترین تطابق نتایج مدل با مقادیر مشاهداتی است. با افزایش تعداد پارامترها در روش‌های واسنجی و اعتبارسنجی خودکار، جست‌وجوی سیستماتیک در فضای چندبعدی پارامترها اهمیت می‌یابد. در این پایان‌نامه، واسنجی خودکار مدل هیدرولوژیکی SWAT در حوضه کوهستانی الوند با استفاده از الگوریتم SUFI2 مدنظر بوده و نتایج برآورد رواناب روزانه با ماهانه تحلیل و با یکدیگر مقایسه شدند. در این مطالعه از نسخه 2012 مدل SWAT برای پیش‌بینی رواناب استفاده گردید و برای واسنجی و اعتبارسنجی، از بسته نرم‌افزاری SWAT-CUP ورژن 2019 استفاده گردید. در محدوده موردمطالعه، از داده‌های دو ایستگاه سینوپتیک و سه ایستگاه هیدرومتری استفاده گردید‌‌. در ایستگاه همدان از داده‌های تابش، بارش، رطوبت، باد، دما و ایستگاه تویسرکان هم از داده‌های بارش، رطوبت، باد، دما (که دستگاه‌های اندازه‌گیری تابش فقط در ایستگاه سینوپتیک همدان موجود بود‌‌) به صورت روزانه از سال 2003 تا سال 2017 استفاده گردید‌‌. در مدل SWAT، داده‌ها بایستی به صورت منظم به مدل معرفی گردد‌‌. چهار ایستگاه هیدرومتری مورد شبیه‌سازی رواناب قرار گرفت. اولین دلیلی که ضریب دقت مدل را بالا برد گرم کردن مدل بود‌‌. دوره گرم کردن اهمیت زیادی در شبیه‌سازی‌های هیدرولوژیکی دارد. با توجه به ‌این ‌که مدل چند بار شبیه‌سازی اولیه صورت گرفت و با دوره‌های گرم کردن یک ساله و دوساله مشاهده شد که شبیه‌سازی رواناب سال‌های ابتدایی با رواناب داده‌های مشاهداتی تفاوت زیادی دارد‌‌. به‌همین دلیل ضریب دقت نتایج نهایی شبیه‌سازی غیر قابل قبول نشان داده می‌شد‌‌. بعد از مدل‌سازی‌های اولیه صورت گرفته و با دوره گرم‌کردن 3، 4 و 5 سال مشاهده شد که ضریب دقت بالارونده است‌‌. از سال‌های بالاتر از 6 سال دیگر تفاوتی در نتایج شبیه‌سازی صورت نگرفت به همین دلیل دوره گرم‌کردن مدل برای پارامترها از سال 2003 تا سال 2008 به مدت شش سال در نظر گرفته شد‌‌. میزان ضریب همبستگی و ضریب نش ساتکلیف در ایستگاه صالح آباد 2/0 و در ایستگاه‌های دیگر را به اندازه 15/0 تغییر را نشان داد و در شبیه‌سازی و کالیبره کردن، نتایج رضایت بخشی بدست آمد. در حالت دوم، با توجه به این که در مدل‌سازی اولیه، میزان دبی پیک خیلی کمتر از مقادیر واقعی پیش‌بینی شده محاسبه می‌شد، بنابراین تغییرات مقادیر بارندگی و دما نسبت به ارتفاع در مدل اعمال شد‌‌. این تغییر توسط محدوده‌های ارتفاعی در مدل صورت گرفت‌‌. برای این کار، در پنج زیرحوضه که اختلاف ارتفاع زیادی در آن‌ها وجود داشت، تغییرات دما و بارندگی نسبت به ارتفاع به ترتیب برابر 6 (C/Km) و 1 (mm/Km) در نظر گرفته شد. در نتایج نهایی، میزان دبی پیک تفاوت کمتری با دبی پیک مشاهداتی دارد و همچنین ضریب نش ساتکلیف را مقدار زیادی به یک نزدیک کرد‌‌. در حالت سوم با توجه به ‌این که حوضه مورد مطالعه حوضه کوهستانی است، بعد از شبیه‌سازی‌های پی در پی و پایین بودن ضریب دقت، پارامترهای ورودی برای هر زیر حوضه به صورت مجزا درنظر گرفته شد. بنابراین 74 زیر حوضه برای کاربری اراضی مورد بررسی به‌دست آمد‌‌. زیرحوضه‌های مشابه در یک کلاس قرار گرفته و برای زیرحوضه‌های مشابه در کاربری اراضی که تعداد آن به 12 زیرحوضه‌ی مشابه رسید، که مقدار بهینه‌ای محسوب می‌شود‌‌. درمورد، 74 زیرحوضه نقشه خاک نیز، تعداد زیرحوضه‌های مشابه نقشه‌ی خاک تفکیک گردید و کالیبره کردن پارامترها دوباره صورت گرفت. واسنجی نتایج دبی روزانه ضریب نش ساتکلیف برای چهار ایستگاه بیشتر از 4/0 شد و برای واسنجی نتایج دبی ماهانه بیشتر از 5/0 به دست آمد. در آخر نتایج نهایی مدل خوب و رضایت بخش بود. در قسمت دوم شبیه‌سازی با استفاده از مدل LARS-WG6 بارندگی و دمای ایستگاه‌ها از سال 2021 تا سال 2040 با استفاده از 9 مدل گردش عمومی جو شبیه‌سازی شد. و با استفاده از داده‌های بارش و دمای شبیه‌سازی شده و پارامترهای کالیبره شده در گذشته رواناب آینده شبیه‌سازی گردید. مدل اقلیم miroc2 دقت بیشتری در شبیه‌سازی بارش و دما نسبت به سایر مدل‌ها داشت. همچنین برای شبیه‌سازی رواناب، مدل miroc2 درصد تغییرات کمتری نسبت به سایر مدل‌ها داشت. نتایج بررسی تغییرات رواناب سطحی با مدل miroc2 نشان داد که در متوسط رواناب ماهانه‌ از سال2021 تا سال 2040 در ایستگاه صالح آباد 65/11- درصد و در ایستگاه مریانج، تقسیم آب و دره مرادبیگ به ترتیب 56/2-، 69/12- و 55/6- درصد کاهش می‌یابد. علاوه بر این، مدل‌های اقلیم دیگر هم رواناب سطحی را نسبت به رواناب گذشته کمتر شبیه‌سازی کردند. براساس نتیجه این سناریو، حوضه کوهستانی الوند در دوره آتی، با مشکل کاهش بارندگی، افزایش دما و درنتیجه کاهش رواناب سطحی روبرو خواهد بود. واژه‌های کلیدی: الگوریتم SUFI2، حوضه کوهستانی الوند، مدل هیدرولوژیکی SWAT، واسنجی و اعتبارسنجی

فایل: ّFile: