مدل سازي رواناب روزانه حوضه نازلو چاي در غرب درياچه اروميه با استفاده از مدل Tank

Modelling the daily runoff of Nazloo Chai watershed at the west side of Urmia Lake by the use of Tank model

سابقه و هدف: پس از انقلاب كامپيوتري دهه 1960 مدل سازي هيدرولوژيك شكل تازه اي به خود گرفت و مي توان يكي از اولين تلاش هاي موفق را مدل دانشگاه استنفورد SWM دانست. مدل هاي بارش رواناب به عنوان يكي از مهم ترين ابزارهاي تصميم گيري در مديريت حوضه هاي آبريز همواره موردتوجه بوده اند. در اين مطالعه از مدل بارش رواناب روزانه تانك در حوضه آبريز رودخانه نازلو چاي، در غرب درياچه اروميه استفاده شده است. اهميت نوسانات هيدرولوژيكي اين درياچه در شرايط بحراني امروزي بر كسي پوشيده نيست. آگاهي از رابطه بارش و رواناب در تمامي زير حوضه هاي دشت اروميه به خصوص در زير حوضه هايي مانند نازلو كه دچار كمبود تعداد ايستگاه بوده و از بخشي از حوضه كه در تركيه قرار گرفته نيز اطلاعاتي در دسترس نيست، بسيار مهم است. بنابراين هدف، ايجاد رابطه اي بين بارش حوضه و رواناب خروجي مي باشد تا بتوان رواناب آينده را پيش بيني نمود. مواد و روش ها:رودخانه نازلو چاي، به طول تقريبي 93 كيلومتر، يكي از رودخانه هاي 13گانه منتهي به درياچه اروميه مي باشد. مدل بارش رواناب تانك مدلي ساده، مفهومي و يكپارچه است. ورودي هاي مدل بارش، تبخير و رواناب رودخانه در خروجي مي باشد. از ميان ايستگاه هاي اندازه گيري سه ايستگاه با پوشش مناسب حوضه و با حداكثر دوره مشترك آماري برابر با 16 سال انتخاب شدند. به دليل برداشت زياد آب از زير حوضه منتهي به خروجي رودخانه ، اين زيرحوضه حذف و مساحت حوضه مدل شده تقليل يافت. متوسط ماهانه داده هاي بارش و تبخير با داده هاي بلندمدت ماهانه اين پارامترها مقايسه و اصلاحاتي صورت گرفت تا فرآيندهاي حوضه به نحو مطلوبي در ورودي منعكس شود. مدل تانك در بسته نرم افزاري RRL كه در كشور استراليا توسعه يافته است در كنار برخي ديگر از مدل ها، از پركاربردترين مدل هاي بارش رواناب ارائه شده است. مجموع 224 واسنجي و نيز صحت سنجي با به كارگيري 7 روش واسنجي، 8 تابع هدف اوليه و 4 تابع هدف ثانويه انجام شد. اعتبار مدل در هر بار اجرا با معيار كارايي ناش و ضريب همبستگي پيرسون مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته ها:در مجموع حدود 117 مورد از كل 224 واسنجي كه با روش هاي مختلف بهينه سازي انجام شدند برازش قابل قبول نشان دادند و ضريب ناش در آنها بين صفر تا 1 گزارش شد كه به معناي واقع شدن در بازه قابل بررسي و يا مدل سازي است چراكه مقادير ضريب ناش كمتر از صفر به طور كل مدل سازي را بي معني مي سازد زيرا در آن شرايط يعني متوسط مقادير مشاهداتي تخمين زننده بهتري از مدل مي باشد. حدود 30 مورد نيز داراي ضريب ناش بيش از 4/0 بودند و برازش رواناب مشاهداتي و محاسباتي نيز نشان دهنده برازش قابل قبول در اين موارد بود. ضريب همبستگي نيز مورد ارزيابي قرار گرفت كه در حالت كلي برتري مدل هايي كه بر مبناي ضريب ناش انتخاب شده بودند را تاييد نمود. اما ضريب ناش به دليل برتري بر ضريب همبستگي، در اين مطالعه بيشتر مدنظر قرار گرفت. نتيجه گيري:مشاهده شد كه مدل در شبيه سازي مقادير رواناب بالا خوب عمل نمي كند و مقادير پيك را عموماً كمتر از مقدار واقعي شبيه سازي مي كند. با تحقيق صحرايي در حوضه و بررسي داده هاي تاريخي معلوم شد مقادير پيك رواناب در ماه هاي ارديبهشت و نيمي از ماه خرداد رخ مي دهد كه علاوه بر بارش زياد در منطقه آب ناشي از ذوب برف نيز به شكل گيري رواناب كمك مي كند. نبود ايستگاه هاي كافي به خصوص در ارتفاعات و نبود گره اي در مدل براي ورود داده هاي ذوب برف باعث مي شود ورودي بارش كمتري در اين زمان ها وارد مدل شده و مدل از شبيه سازي دبي هاي اوج باز بماند. اما در حالت كلي دبي هاي پايه در شرايط خوبي شبيه سازي شده و عملكرد مدل قابل قبول مي باشد.

Background and objectives: After 1960،s computer revolution، the hydrologic modelling took on a new form and the Stanford watershed model may be considered as one of the early successful attempts in this regard. The rainfall runoff models have always been considered as one of the most effective decision tools in watershed management. In the current study، the Tank daily rainfall runoff model was used in Nazloo Chai river watershed at the west side of Urmia Lake. The importance of the lake hydrologic fluctuations in today’s critical situation is obvious to everyone. Knowing the rainfall runoff relations in all sub catchments of the Urmia basin especially in a watershed such as Nazloo which suffers from insufficient number of measurement stations and limited information from those parts of catchment located in Turkey، is so important. As a result، the goal is building a relation between rainfall of catchment and the out let runoff، in order to predict the future amounts of runoff. Materials and methods: The Nazloo Chai river with almost 93 km length is one of the 13 rivers drops into Urmia lake. The Tank rainfall runoff model is a simple، conceptual and lumped model. The model inputs are precipitation، evaporation، and daily runoff at the outlet of watershed. Among all available gauges، 3 stations with the most acceptable overlapping covered area and longest joint statistical period، 16 years، have been selected. Due to high water withdrawals in the last sub catchment before the watershed outlet، the mentioned sub catchment has been eliminated and the total area of modeled watershed has been decreased. The monthly average of precipitation and evaporation measured data have been compared with long term amounts of these parameters in order to modify the input data and reflect the watershed processes in input data as well. The Tank model is presented along with some other famous rainfall runoff models in RRL software package which has been developed in Australia. The sum of 224 calibrations and verifications by using 7 optimization methods، 8 primary objective functions and 4 secondary objective functions have been done. The model was evaluated by considering Nash and correlation coefficients in each run. Results: Totally about 117 runs from all 224 runs have shown nice fit، and their Nash coefficients were reported between 0 and 1 which is an acceptable range. About 30 cases also had a Nash coefficient more than 0.4 and the graphical fitness between observed and estimated runoffs also confirmed the acceptable fitness. The correlation coefficient was also evaluated and totally confirmed the models which were selected based on Nash coefficient. But due to Nash coefficient advantages compared with correlation coefficient، it was used in current study. Conclusion: It was concluded that the model didn’t perfectly simulate the peak discharges and they have been lower estimated. It was determined through field research and historic data evaluation، that the peak discharges occur mostly during April and May in the region. Along with the high rainfall events the snowmelts are also constituent the large part of runoffs at that time. Insufficient number of stations especially in highlands of the region، and the lack of some nodes in model in order to exert snowmelt data، eventuate lower rainfall input data and as a result disable model to simulate peak flows. But generally the base flows were simulated well and the model performance was accepted.