كاربرد مدل‌هاي يك و دو‌بعدي جريان سطحي و نفوذ براي حوضه آبريز دره مارون استان فارس

Application of One- and Two-Dimensional Surface Runoff and Infiltration Models for Maroon ValleyWatershed in Fars Province

به منظور شبيه سازي جريان سطحي و برآورد عمق جريان بر روي سطح حوضه و مقدار دبي جريان خروجي، مدل هيدرولوژيكي جديد با ساختار عددي طراحي و ارائه شده است. در اين مدل، معادلات سنت ونانت حاكم بر جريان سطحي به صورت يك بعدي و دو بعدي، به همراه مدل نفوذ پارلانگ، با استفاده از روش عددي تفاضل محدود و تقريب موج سينماتيك، با اعمال طرح ضمني، حل شده است. به منظور حل دستگاه معادلات غير خطي حاصل از گسسته سازي معادلات جريان و نفوذ از روش نيوتن رافسون استفاده شد. الگوريتم و برنامه اين مدل در حالت يك بعدي و دو بعدي، با استفاده از نرم افزار متلب تهيه و نتايج آن مورد تحليل قرار گرفت. براي بررسي دقت و صحت مدل عددي ارائه شده، در برآورد ارتفاع و حجم جريان سطحي، اين مدل بر روي حوضه آبريز دره مارون فارس اجرا شد. وضعيت توپوگرافي و شيب سطح حوضه در معادلات جريان سطحي و پارامترهاي مورد نياز معادله نفوذ با استفاده ازنقشه هاي سيستم اطلاعات جغرافيايي و مدل هاي ارتفاعي تهيه و در اختيار مدل عددي قرار گرفته است. مقايسه هيدروگراف هاي محاسباتي مدل عددي و مقادير مشاهداتي در ايستگاه هيدرومتري خروجي حوضه و بررسي ضرايب آماري محاسبه شده از نتايج، شباهت و دقت خوبي را در شبيه سازي هيدروگراف هاي جريان توسط اين مدل عددي نشان داد. همچنين، در اين تحقيق، موج سينماتيك در پيش بيني مقدار و زمان دبي اوج سيلاب هاي انتخابي تقريب سازي مناسبي را دارا بود. دقت متوسط مدل عددي يك بعدي و دو بعدي در ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ ﻣﻘﺪار دﺑﯽ اوج ﺳﯿﻼبﻫﺎي اﻧﺘﺨﺎﺑﯽ و زﻣﺎن وﻗﻮع آن ﺑﻪﺗﺮﺗﯿﺐ 97/3 و 97/2 درﺻﺪ و 95/45 و 98/47 درﺻﺪ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ.

In order to simulate surface runoff and depth of flow on surface area of watershed and outflow rate, a new hydrological model with numerical structure has been designed and presented. In this model, surface flow governing Saint- Venant equations in one- dimensional and two- dimensional forms along with the Parlang infiltration model parameters, have been solved using a finite difference numerical method, for the kinematic wave approximation using an implicit scheme. In order to solve the system of nonlinear equations resulting from discretization of the flow and infiltration equations, the Newton Raphson method was used. An algorithm and program of this model in one- and twodimensional modes have been developed by using MATLAB software and their results have been analyzed. For checking the accuracy of the presented numerical model in estimation of the height and volume of the surface flow, the model was implemented for the Maroon valley watershed in Fars province. Topographic condition and slope of the basin surface used in the surface flow equations and the parameters required in infiltration equation have been prepared using the GIS maps and elevation models for feeding the numerical model. Comparison of the model computational hydrographs with the observed results at the hydrometric station in the basin outlet and also investigation of the statistical coefficients calculated from the results showed similarities and good accuracy in simulation of the flood hydrographs by the numerical model. Also, the kinematic wave had a good approximation in predicting the amount and occurrence time of the selected floods peak discharges. The average accuracies of the one- and two- dimensional models in predicting the amount and occurrence time of the selected floods peak discharge were c 97.3 and 97.2 percent and 95.45 and 98.47 percent, respectively