شبيه‌سازي رواناب و فرسايش خاك با استفاده از روش اتوماتاي سلولي

Simulation of runoff and soil erosion using cellular automata

فرسايش و رواناب ناشي از بارش در حوضه‌هاي آبخيز از موضوعات مهم مديريت منابع طبيعي است. روش اتوماتاي سلولي يك سيستم فيزيكي ايده‌آل است كه قابليت شبيه‌سازي ساده از يك فرآيند پيچيده نظير فرسايش و رواناب را دارد. اين تحقيق با هدف مطالعه كارآيي روش اتوماتاي سلولي در شبيه‌سازي فرسايش و رواناب ناشي از بارش انجام شد. اين روش در يك كرت آزمايشي واقع در مزرعه تحقيقاتي مركز تحقيقات كشاورزي هسته‌اي در زعفرانيه كرج استفاده شد. نتايج شبيه‌سازي نشان دادند كه اندازه سلول‌ها، پارامترهاي هيدروليكي، انتخاب گام زماني مناسب و تعداد تكرارها تاثير به سزايي در نتايج شبيه‌سازي داشتند. در مقايسه نتايج محاسباتي و مشاهداتي، مقادير ضريب همبستگي و جذر ميانگين مربعات خطا براي رواناب به ترتيب برابر 98/0 و 034/0 و براي توليد رسوب به ترتيب برابر 97/0 و 045/0 بودند. نتايج به دست آمده نشان دادند كه روش اتوماتاي سلولي مي‌تواند به عنوان يك روش دقيق و كاربردي براي پيش‌بيني ميزان فرسايش و رواناب ناشي از بارش به كار گرفته شود.

Erosion and runoff caused by rainfall in catchments are important issues in natural resources management. The Cellular Automata (CA) approach is an idealized physical system, which has capability for simple simulation of a complex process like erosion and runoff. This study was conducted with the aim of studying performance of CA method in simulation of erosion and runoff caused by rainfall. This method was used in an experimental plot located in the farm of Nuclear Agricultural Research Center in Zaferanieh (Karaj). Results of simulation showed that the size of the cells, hydraulic parameters, selection of appropriate time steps, and the number of iterations had a large effect on simulation results. In comparison between observed and simulated results, the values of correlation coefficient and root mean square error for runoff were found to be 0.98 and 0.034, respectively, and for sediment yield it was found to be equal to 0.97 and 0.045, respectively. The results showed that the CA method can be used as an accurate and applicable scheme for predicting the amount of erosion and runoff originating from rainfall.