شبیه‌سازی رواناب حاصل از ذوب برف با استفاده از نرم افزار آب‌شناسی SRM (مطالعه ی موردی: حوضه‌ی آبخیز سدکارده)

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 6، دوره 9، شماره 30، مهر و آبان 1395، صفحه 63-74   

نویسندگان

مرتضی اکبری^{* 1}؛ احسان رعنایی²؛ حسن میرزاخان³؛ علیرضا درگاهی⁴

¹استادیار گروه مدیریت مناطق خشک و بیابانی، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشجوی دکتری عمران آب، دانشگاه صنعتی میلان

³کارشناس ارشد مهندسی آبخیزداری، اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان خراسان رضوی

⁴دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه‌های آبی، دانشگاه فردوسی مشهد

تاریخ دریافت: 03 بهمن 1395،  تاریخ پذیرش: 03 بهمن 1395 

چکیده

در این تحقیق، بده‌ی روزانه‌ی جریان ناشی از ذوب برف در حوضه‌ی آبخیز سد کارده، به عنوان یکی از منابع مهم تامین‌کننده‌ی آب در شهرستان مشهد، شبیه‌سازی گردید. اطلاعات آب‌سنجی و آمار بده روزانه از ایستگاه آبسنجی سد کارده  برای یک دوره‌ی  17 ساله استخراج شد. فراسنج‌های هواشناسی بارندگی و دما نیز از اطلاعات نزدیکترین ایستگاه‌های موجود در حوضه شامل گلمکان، مشهد و قوچان به دست آمدند. متغیرهای گیتاشناسی مانند: مساحت، متوسط ارتفاع وزنی هر طبقه ارتفاعی، و درصد مساحت هر جهت جغرافیایی با استفاده از شبیه رقومی ارتفاع  و نقشه‌های پستی و بلندی25000ام به دست آمده و به شبیه معرفی شدند. به منظور برآورد سطح پوشش برف از شاخص NDSI و تصاویر ماهواره‌ی لندست ETM⁺ سال آبی 1379-1380 استفاده شد. نتایج نشان دادند که بهترین مقدار x و y  (ضرایب معادله ی فروکش جریان) شبیه‌سازی شده به ترتیب 79/0 و 084/0 بوده که پس از معرفی به شبیه، توانست آب نگار جریان روزانه را بر اساس اطلاعات سال آبی مربوطه، با تطابق مناسبی با مقادیر واقعی، شبیه‌سازی نماید. در ارزیابی نرم افزار ، مقادیر ضریب همبستگی و درصد تفاضل حجمی به ترتیب 91/0 و 21/0 به دست آمدند. حجم رواناب محاسباتی 876/4 میلیون مترمکعب، مینگین و بده‌ی محاسباتی 212/0 متر مکعب بر ثانیه برآورد گردید، که با توجه به حجم روانآب مشاهداتی 886/4 میلیون مترمکعب، نشان دهنده‌ی انطباق خوب شبیه با مقادیر اندازه گیری شد. علاوه برآن، از بین فراسنج‌های معرفی شده به مدل، بیشترین میزان حساسیت نسبت به تغییر ضریب رواناب، پوشش برف و ضریب فروکش جریان بوده که با مورد واسنجی قرار گرفتند.

کلیدواژه‌ها

نرم افزار SRM؛ شبیه‌سازی بده‌ی روانآب؛ تغییرات سطح پوشش برف؛ تصاویر ماهواره‌ای

عنوان مقاله [English]

Snowmelt Runoff Simulation Using the SRM Hydrological Model (Case Study: the Kardeh Dam Basin)

نویسندگان [English]

Morteza Akbari¹؛ Ehsan Ranaee²؛ Hasan Mirzakhan³؛ Alireza Dargahi⁴

چکیده [English]

Snow is the most valuable water resource in arid lands as it eliminates the need for large man-made reservoirs due to its gradual melting. However, the information about the snow melting conditions is essential in the water resources management planning. Therefore, the daily discharge of the snowmelt runoff of the kardeh Dam, Basin, the primary surface water supplier for the City of Mashhad, was simulated. The daily discharge records were acquired from the Kardeh Dam Gauging Station (the only reference station in the area) for a 17-year period. Precipitation and temperature data were obtained from the Mashhad, Golmakan and Ghootchan Meteorological Stations. Physiographic parameters, namely: area, weighted average of height for each elevation class, and aspect’s areal percentage were extracted from the digital elevation model  and the topographic maps at scale of 1:25000, and  introduced into the model. To estimate snow cover, the normalized difference snow index (NDSI) and Land sat ETM⁺ imageries for the hydrological year of 2001-2002, were used. The results showed that the optimum simulated values of x and y (subsiding flow coefficients) were 0.79 and 0.084, respectively. The daily flow hydrograph for the hydrological year of 2001-2002 was simulated with an acceptable conformity to the actual values. The coefficients of determination and volume difference methods of0.91 and 0.21, respectively, indicated that the model is valid. The calculated flow volume and discharge rate of 4.876 Mm3 and 0.212 m3.s-1, respectively indicated an acceptable conformity to the actual discharge volume of 4.886 Mm3,and 0.213 m³s^-1. These were further proofs of the model's validity. The snow cover percentage and the subsidence coefficient showed the highest sensitivity to the changing runoff coefficient. Additionally, it was found that among the parameters introduced into the model, snow cover and flow subsidence coefficients had the highest sensitivity to changing runoff coefficient, which were subsequently calibrated in depth.

کلیدواژه‌ها [English]

SRM model, simulation of runoff flow, changes in snow cover, satellite images

مراجع

1)                پرهمت، ج و ثقفیان، ب، 1386. ارزیابی قدرت مکانی داده‌های ماهواره‌ای در تخمین پوشش برف، مجله علمی پژوهش منابع طبیعی، 60 :383-395.

2)                 رایگانی، ب. خواجه الدین، س. ج، سلطانی کوپایی، س، و براتی، س، 1387. محاسبه تغییرات نقشه‌های پوشش برفی تهیه شده از تصاویر ماهواره‌ای MODIS در دوره‌های فاقد تصویر. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 12 :315-331.

3)                رسولی، ع. ا، و ادهمی، س، 1386. محاسبه آب معادل از پوشش برفی با پردازش تصاویر سنجنده MODIS. جغرافیا و توسعه، 10:23-36.

4)                روشنی، ن، ولدان زوج، م. ج، و رضایی، ی، 1387. برف‌سنجی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای سنجش از دور در منطقه یخچالی علم چال. همایش ژئوماتیک 87، تهران. http://www.civilica.com/Paper-GEO87-GEO87_067.html

5)                سیدی علم‌آباد، م، مرادی، ح، قنبرپور، م، و میریعقوب زاده، م، 1387. بررسی کارکرد مدل SRM در برآورد حاصل از ذوب برف در حوضه های کوهستانی ایران و مقایسه آن با سایر نقاط جهان، سومین کنفرانس مدیریت رواناب حاصل از ذوب برف در حوضه­های کوهستانی ایران و مقایسه آن با سایر نقاط جهان. سومین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران.  http://www.civilica.com/Paper-WRM03-WRM03_303.html

6)                فتاحی، ا، دلاور، م، و قاسمی، ا، 1390. شبیه‌سازی روانآب ناشی از ذوب برف در حوضه‌های کوهستانی با استفاده از مدل SRM. مطالعه موردی: حوضه آبریز بازفت. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. 20 :129-141.  

 

7)               نجفی، ا. قدوسی، ب. ثقفیان، و پرهمت، ج، 1386. برآورد رواناب ذوب برف با استفاده از سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در حوضه شهر چایی ارومیه. پژوهش و سازندگی، 76 :176-185. 

8)        Baumgartner, M.F,G. Apfl and T. Holzer. 1994. Monitoring alpine snow cover variations using NOAA-AVHRR data. Paper presented at the Geosci and Remote Sen Symp. IGARSS'94. Surface and Atmospheric Remote Sensing: Technologies.

9)        Butt, M.J, and M. Bilal. 2011. Application of snowmelt runoff model for water resource management. Hydrol Proc 25:3735-3747.

10)    Li, X. and M.W. Williams. 2008. Snowmelt runoff modeling in an arid mountain watershed, Tarim Basin. China. Hydrol Proc 22:3931-3940.

11)    Martinec, J. and A. Rango. 1986. Parameter values for snowmelt runoff modeling Hydrol,14:197-219.

12)    Martinec, J. A. Rango and R. Roberts.  2008. SRM snowmelt runoff model user’s manual. SRM Snowmelt Runoff Model User’s Manual.

13)    Rango, A. and J. Martinec. 1995. Revisiting the degree day method for snowmelt computations. JAWRA Am Water Resour Assoc 31:657-669.

14)    Rango, A. and J. Martinec. 1998. The Snowmelt runoff model (SRM) user’s manual, Version 4, URL:fttp//hudrolab.arsusda.gov/pub/srm/srm4.pdf.

15)    Seidel, K. and J. Martinec. 2004. Hydrological applications of satellite snow cover mapping in the Swiss Alps. Paper presented at the Proc of EARSeL-LISSIG-Workshop Observing our Cryosphere from Space.

16)    Tekeli, A.E.  Z. Akyürek A. Arda Şorman A. Şensoy and A. Ünal Şorman. 2005. Using MODIS snow cover maps in modeling snowmelt runoff process in the eastern part of Turkey Remote Sens Environ. 97:216-230.