تدقيق نفوذ آب در خاك در مدل رخدادي سيلاب با استفاده از معادلات توزيع احتمالاتي SCS و مدل HEC-HMS

زمينه و هدف: يكي از بزرگترين چالش هاي مدل بارش-رواناب، تعيين دقيق نرخ نفوذ آب به خاك به عنوان يكي از پارامترهاي تعيين كننده بزرگي و شكل هيدروگراف هاي سيلاب هاي تاريخي است. مطالعات صورت گرفته در اقليم هاي متفاوت كه ريخت شناسي مختلف زمين را نمايش مي دهند، حاكي از ضعف روش هاي پركاربردي نظير SCS-CN در تعيين نرخ نفوذ آب به خاك است. براي روش SCS-CN، با نزديك شدن شاخص ذخيره‌سازي خاك به بي نهايت، نسبت رطوبت خاك به 1 نزديك مي شود و اين به دليل محدوديت روش SCS-CN است. در اين پژوهش با محوريت همين ضعف در روابط پايه محاسبات تلفات، و رويكرد يكپارچه اي در تعيين نفوذ آب به داخل خاك، بزرگي مقدار سيلاب هاي رخدادي در حالت تاريخي خود در حوضه آبريز تحليل شد. اهميت اين تحليل مي تواند در تدقيق بزرگي سيلاب هايي باشد كه معيار تعيين سازه ها و يا برنامه هاي كنترل بحران است.روش پژوهش: با توجه به آنكه به منظور حل مشكل محاسبات نفوذ در مقياس حوضه، و بر پايه معادلات جديد تعيين تلفات جريان، نياز به يك معيار همگن اما رستري مي باشد، در اين پژوهش بر اساس حساسيت توليد شده جريان به مقدار تلفات در بررسي احتمالاتي شاخص هاي رطوبت و نسبت جريان، اقدام به تهيه يك الگوي عمق-نفوذ از مدل جامع دو بعدي در محدوده شد. در اين مطالعه بر اساس روابط جديد تعيين تلفات، محاسبات عددي در محيط نرم‌افزار و اسكريپت به صورت متوالي و بر اساس خروجي هاي مدل هيدرولوژيكي صورت پذيرفت. ابتدا توليد ساختار مدل بارش-رواناب HEC-HMS با افزونه‌هاي ArcHydro و HEC_GeoHMS در حوضه آبريز شادگان انجام شد. سپس پارامترهاي نفوذ به روش SMA در تحليل تصاوير سنجش از دور از حوضه تعيين شد. در مرحله بعد توسعه مدل تداومي اوليه، واسنجي و صحت‌سنجي با محوريت اطلاعات رطوبتي خاك انجام شد. پس از تعيين رابطه رطوبت خاك بر اساس نتايج مدل (Soil Wetting)، هيدروگراف رخداد واحد مصنوعي با تعيين حجم سيلاب بر پايه روش تركيبي SCS-CN و VICتعيين گرديد.يافته‌ها: نتايج كلي اجراي مدل هيدروليكي دشت سيلابي، نشان داد كه حداكثر دبي ورودي به محدوده معادل 3023 متر مكعب بر ثانيه در زمان ساعت 90 رخداد، و حداكثر سيلاب خروجي در زمان 93 با رقم 2137 متر مكعب بر ثانيه بوده است. مقدار دبي در آغاز محاسبات صفر فرض گرديده است. حجم جريان در پايان محاسبات برابر با 141.03 ميليون متر مكعب بود كه اين مقدار از حجم 918.36 ميليون متر مكعب در كل رخداد باقي مانده است. درصد اختلاف دبي ورودي و خروجي در حدود 6.14 درصد به صورت كمبود محاسبه شد. همچنين لايه تغييرات عمق جريان نشان مي دهد كه تراز آب در محدوده دشت با پر شدن نقاط پست تر سعي در قرار گرفتن در يك حد ممكن و معقول را دارد. آنچنان كه بخش زيادي از حجم آب از نوار جنوبي مرزهاي تراوا براي ناحيه فعال مدل‌سازي، در نهايت به دريا خواهد ريخت. با اين حال جهت حركت آب حتي در برخي موارد عمود بر مسير مستقيم به سمت دريا نيز تخمين زده شده است. اين نتايج حاكي از عمق حداكثري 16.4 متر در برخي نواحي مي باشد كه كمينه آن به رقم 5.3 متر مي رسد. نكته مهم آنكه در محدوده دشت با توجه به اندازه سلولي، قطعا در برخي موارد عمق هاي بسيار كمتر نيز قابل محاسبه است. متوسط عمق در سلول هاي فعال برابر 11.9 متر به صورت محلي محاسبه شده است. اين ارقام با توجه به رخداد هاي مختلف بارش مي تواند تغيير كند.نتايج: نتايج نشان داد تدقيق نفوذ بر اساس معادلات جديد توزيع مبنا با لحاظ يك شرايط احتمالاتي در تخمين پارامتر شكل حوضه ممكن است. رقوم واسنجي هيدروگراف در واكنش به نفوذ آب در خاك وابسته به تخمين درست رطوبت اوليه خاك دارد. تلفات جريان در حوضه‌هاي بزرگ مقياس بر اساس معادلات توزيع مبناي SCS، به صورت مطلوب‌تري حاصل مي شود. مدل هاي عددي و هيدرولوژيكي نظير HEC-HMS و يا مدل‌ساز هايي نظير HEC_GeoHMS به منظور مرزبندي بالادست جريان، كاملا وابسته به لايه خام DEM معرفي شده هستند. تغييرات پوشش زمين در نواحي مسطح مي تواند عملا مرز بسته شده حوضه آبريز را نسبت به واقعيت زمين در مدل هاي شبيه‌سازي متفاوت خروجي دهد. روش هيدورگراف واحد با توجه به پيش فرض هاي اساسي نظير ضرايب واسنجي، مي توانند جايگزين خوبي براي نواحي فاقد آمار بارش-دبي باشند. همچنين مدل نرم‌افزاري TUFLOW بهترين پاسخ‌گويي به جريان يك بعدي به دو بعدي را براي دشت شادگان با توجه به نوع شرايط مرزي داد.