تحلیل حساسیت مدل مبتنی بر موج سینماتیک KW–GIUH نسبت به روش‌های مختلف برآورد نفوذ و ضرایب زبری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی مدیریت و منابع آب، موسسه آموزش عالی صائب، ابهر

4 استاد گروه بیوتکنولوژی و مهندسی کشاورزی، دانشگاه A&M تگزاس، کالج استیشن، امریکا

چکیده

پیش‌بینی صحیح سیلاب همواره یکی از چالش‌­های اساسی محققین و مهندسین بوده و به همین خاطر در طول دهه­‌های اخیر مدل‌های ریاضی متعددی برای این منظور توسعه داده شده است. برای مدل‎‌سازی مناسب سیلاب و رواناب در یک حوضه، تخمین صحیح میزان نفوذ آب در خاک عاملی مهم بشمار می­‌آید. تاکنون مدل‌های ریاضی و تجربی زیادی برای محاسبه میزان نفوذ آب در خاک و بارش خالص (بارش منجربه تولید رواناب) ارائه شده که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می­‌باشند. در پژوهش حاضر به‌جای ارزیابی منفرد روش‌های محاسبه نفوذ به ارزیابی چهار روش مختلف برآورد نفوذ یعنی شاخص Ø، هورتون، گرین-امپت و SCS بر عملکرد مدل ژئومورفولوژیکی مبتنی بر موج سینماتیک KW-GIUH پرداخته شده است. همچنین، تحلیل حساسیت عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش‌های مختلف برآورد نفوذ و ضرایب زبری جریان دامنه­ای و آبراهه­ای از دیگر اهداف این پژوهش می­باشد. نتایج حاصل از ارزیابی هیدروگراف سیلاب شبیه­سازی شده با استفاده از هر روش و داده­‌های مشاهداتی در حوضه کسیلیان، حاکی از عملکرد بالای روش‌­های هورتون و شاخص Ø نسبت به دو روش دیگر دارد. شاخص کارائی نش-ساتکلیف به‌دست آمده از روش‌های هورتون و شاخص Ø به‌ترتیب معادل 94.9 و 90.3 بوده و این در حالیست که برای روش‌های گرین-امپت و SCS مقدار این شاخص به‌ترتیب معادل 77.7 و 76.3 می­‌باشد. تحلیل حساسیت نتایج به‌دست آمده از روش‌های مختلف نفوذ نیز حاکی از آن است که عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش­های گرین-امپت و شاخص Ø به‌ترتیب بیشترین و کمترین حساسیت را دارا می­باشد. نتایج حاصل از بررسی اثر مقادیر مختلف ضرایب زبری جریان دامنه­ای و آبراهه­ای بر دبی اوج سیلاب نیز نشان می­‌دهد که ضریب زبری دامنه‌­ای تاثیر به مراتب بالاتری از ضریب زبری آبراهه­ای دارد. حداکثر تغییر مقدار دبی اوج به‌دست آمده از مقادیر مختلف ضریب زبری دامنه­‌ای و آبراهه­‌ای به‌ترتیب برابر 64 و 25 درصد می­‌باشد. در یک جمع­‌بندی کلی می­توان چنین نتیجه گرفت که عملکرد مدل KW-GIUH نسبت به روش برآورد نفوذ و ضریب زبری جریان دامنه­ای از حساسیت بالایی برخوردار می­‌باشد و به همین خاطر توصیه می‌­شود، در انتخاب این دو پارامتر به ویژه در حوضه­های فاقد آمار و یا آمار کم دقت کافی به‌عمل آید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitivity analysis of KW-GIUH rainfall runoff model with respect to infiltration methods and roughness coefficients

نویسندگان [English]

  • Alireza Shokoohi 1
  • Asghar Azizian 2
  • Razieh Jemaat 3
  • Vijay Singh 4
1 Professor , Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
3 MSc, Water Resources Engineering and Management, Abhar Institute of higher education, Abhar, Iran
4 Professor, Department of Biological and Agricultural Engineering, Texas A and M University, College Station, USA
چکیده [English]

Flood forecasting in a sound way leading to correct results has been a challenge for all researchers and engineers for many decades, which is the basic reason for developing many different types of mathematical rainfall runoff models. Correct estimation of infiltration during a storm is essential to a justified and rational modeling of runoff at watershed scale. There are many experimental or mathematical models for simulating infiltration and deriving net rainfall with pros and cons. In the present research, instead of evaluating infiltration simulation methods solely, four more widely used methods; namely, ɸ index, Horton, Green-Ampt and SCS methods were selected to find out their effects on the performance of a kinematic wave based geomorphological model called KW-GIUH. Furthermore, a sensitivity analysis with respect to different infiltration methods and different overland and channel roughness coefficient were performed. Horton and ɸ method led to a better performance of the model in terms of observed and simulated hydrographs in the study watershed. In this regard, Nash-Sutcliffe efficiency indices for Horton and ɸ index methods were obtained as 94.9 and 90.3, respectively, while it was 77.7 for Green–Ampt and 76.3 for SCS infiltration method. According to results of sensitivity analysis, KW-GIUH performance has the most and least sensitivity when using Green–Ampt and ɸ index as the infiltration method, respectively. Although studying in a steep watershed with an overland slope of about 17% and a small area of about 38 km2, changing the overland roughness coefficient has more effect on the model performance comparing with the change of channel roughness coefficient. Simulated flood peaks changed about 64 % due to changing the overland roughness coefficient while this value amounted to 25% for channel one. Shortly, it is concluded that KW-GIUH is highly sensitive to infiltration simulation method and overland roughness coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geomorphologic model
  • Green-Ampt
  • Horton
  • SCS
  • ɸ index