توسعه مدل شبيه‌سازي توزيعي مكاني - زماني وقايع بارش – رواناب با كمك سيستم اطلاعات جغرافيايي و زبان برنامه نويسي PCRaster

Development of an event-based spatio-temporally distributed rainfall-runoff simulation model using PCRaster GIS and programming language

برآورد دقيق واكنش يك حوضه آبخيز به رخدادهاي بارش در مديريت منابع آب و خاك آن و همچنين طراحي سازه هاي عمراني در داخل حوضه و پائين دست آن روي آبراهه ها و رودخانه ها يا در مجاور آنها از اهميت زيادي برخوردار مي‌باشد. با توجه به افزايش شناخت و درك نسبي از سيستم هاي حوضه آبخيز و گسترش تكنولوژي هاي سخت افزاري و نرم افزاري و تسهيل يادگيري و كاربرد اين تكنولوژي ها امروزه محققان ترجيح مي دهند مدل مورد نياز خويش را با توجه به هدف خود و شرايط داده-اي موجود طراحي و استفاده كنند. هدف از اين تحقيق، توسعه مدل توزيعي مكاني–زماني در محيط سيستم اطلاعات جغرافيايي و برنامه نويسي PCRaster جهت دستيابي به روش بهينه نمايش فرآيندهاي حوضه آبخيز در مقياس يك آبخيز زراعي كوچك مي‌باشد. در اين تحقيق يك مدل هيدرولوژيكي توزيعي مكاني – زماني رخداد محور در محيط سيستم اطلاعات جغرافيايي و مدل‌سازي PCRaster طراحي و توسعه يافت و كارآيي آن با استفاده از داده‌هاي مشاهداتي زير حوضه زراعي منتهي به شهرك بهزيستي گرگان به مساحت 27.6 هكتار كه در طول تحقيق مورد پايش و داده برداري قرار گرفت، ارزيابي گرديد. مدل مورد نظر از نوع يك مدل با اتصال سخت به GIS مي باشد. در طي انجام اين تحقيق فقط دو رويداد بارش در تاريخ هاي 11/8/1393 و 25/6/1394 منجر به ايجاد رواناب شد كه بترتيب از اين رويدادها براي واسنجي و اعتبارسنجي مدل استفاده شد. مقايسه آماري هيدروگراف‌هاي شبيه‌سازي و مشاهداتي رگبارهاي مورخه 11/8/1393 و 25/6/1394 نشان داد كه ضريب همبستگي آنها به ترتيب 690/ و 650/و معيار ناش-ساتكليف آنها به ترتيب 0/50 و 1 0/5مي باشد. نتايج حاكي از آن است كه مدل توسعه داده شده از توانايي خوبي در شبيه سازي فرايند بارش-رواناب در طول وقايع رگباري برخوردار مي‌باشد.

Accurate estimation of a watershed response to rainfall events plays an important role in its soil and water resources management as well as civil works design within watersheds and over or around its downstream rivers. Nowadays, due to improvement in our knowledge and understanding from watershed systems and enhancement in hardware and software technology as well as facilitation in learning and application of these technologies, researchers prefer to design and apply their required models themselves according to their aims and availability of data. The aim of this research is to develop a spatio- temporally distributed model within PCRaster GIS and programming environment to achieve a better representation of watershed processes at a small scale agricultural micro-watershed. In this study, based on the available local data, an event based rainfall – runoff hydrological simulation model was developed within PCRaster GIS and programming software and its performance was evaluated using observed data from a 27.6 ha agricultural micro-watershed discharging to the Shahrak – Behzisti residential area in the Gorgan city. This is a tightly coupled GIS model. During the research period, only two rainfall events leading to runoff generation occurred on 2/11/2014 and 16/9/2015 which were, respectively, used for calibration and validation of the model. Statistical comparison of the simulated and observed hydrographs of the rainfall - runoff events on 2/11/2014 and 16/9/2015 showed the correlation coefficients of of 0.69 and 0.65 and Nash-Sutcliffe criteria of 0.5 and 0.51, respectively. The results indicate that the developed model has a good performance at simulating rainfall-runoff processes during events.