شبيه‌سازي هيدروگراف سيل و تحليل ارتباط آن با سنجه‌هاي سيماي سرزمين در حوضۀ آبخيز عموقين، استان اردبيل

Flood Hydrograph Simulation and Analysis of its Components with Landscape Metrics in Amoughin Watershed, Ardabil Province

شناخت فرايند سيلاب از نظر خصوصيات مؤثر كاربري اراضي ضروري است. به اين منظور، سنجه هاي سيماي سرزمين براي كمّي‌كردن خصوصيات مكاني لكه ها و كلاسهاي كاربري اراضي در سيماي سرزمين كاربرد دارند و مي توانند در درك آثار فعاليت هاي انساني مفيد باشند. هدف پژوهش حاضر، ارزيابي كارآمدي مدل HEC-HMS در شبيه سازي بارش ـ رواناب حوضۀ آبخيز عموقين و ارتباط و همبستگي بين سنجه هاي سيماي سرزمين و مؤلفه هاي هيدروگراف است. به اين‌منظور، مدل HEC-HMS با روش SCS-CN در تلفات، روش هيدروگراف واحد SCS در تبديل بارش‌ـ رواناب و روش ماسكينگام در رونديابي اجرا شد. پارامترهاي ورودي مدل در شش رويداد با تابع هدف نش‌ـ ساتكليف بهينه شده و در سه رويداد ديگر اعتبارسنجي شد. مدل با بارش طرح 25 ساله اجرا و مؤلفه هاي هيدروگراف شبيه سازي‌شده استخراج شد و سنجه هاي سيماي سرزمين با استفاده از نرم افزار Fragstats در سطح سيما كمّي شدند. سنجه هاي مناسب سيماي سرزمين با روش PCA و براساس هدف تحقيق انتخاب و تحليل همبستگي و رگرسيون در محيط برنامه نويسي R انجام شد. براساس نتايج، ميانگين معيار نش‌ـ ساتكليف به ميزان 0/63 در اعتبارسنجي نشان دهندۀ توانايي مدل در شبيه سازي هيدروگراف است. همبستگي مستقيم دبي اوج، حجم رواناب و زمان پايه با سنجۀ سطح سيما (TA) و اندازۀ شبكه تأثيرگذار (MESH) وجود داشت و رابطۀ اوج هيدروگراف با سنجۀ سطح سيما (TA)، تراكم لكه (PD) و شيب مستقيم و معنادار (p-value<0.01) ارزيابي شد، در حالي كه دبي اوج با مساحت كاربري مرتع همبستگي معكوس معنادار را نشان داد. مؤلفۀ زمان تا اوج نيز با سنجۀ تراكم لكه (PD) و طول آبراهه همبستگي مستقيم داشت.

The landscape metrics are used to quantify the spatial properties of landuse patches and classes as a useful tool in assessing effect of human activities on flooding processes. This study aims to evaluate the efficiency of HEC-HMS model in flood simulaion of Amoughin watershed and exploring the relationships of landscape metrics and the flood components. The HEC-HMS model was runned with SCS-CN (loss module), SCS-Unit hydrograph (rainfall-runoff transformation) and Muskingum (routing). The model parameters were optimized using 6 events considering Nash-Sutcliffe objective function and three excluded events used during validation. The components of simulated hydrographs were defined by 25-year design rainfall. The landscape metrics were quantified using Fragstat and appropriate landscape metrics slected by PCA. The correlation and regression analysis were performed in R programming. The value of Nash-Sutcliffe criterion was 0.63 in validation which proves the accuracy of model in flood simulation. The results showed a positive relationship between Qp, runoff volume and base time with total area (TA) and MESH metrics. Relationship of Qp with TA, patch density (PD) and slope were evaluated as positive (p-value<0.01). While, the Qp had negative relationship with rangeland area. Also, the hydrograph Tp had a positive correlation with PD and river length.