بررسی اثر کاربری اراضی بر پارامترهای مدل مفهومی نش

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشکده عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

پیش بینی سیلاب ها نقش مهمی در برنامه ریزیهای هیدرولوژیکی، طراحی ابعاد سازه های هیدرولیکی، مدیریت منابع
آب و کنترل سیلاب دارد. هیدروگراف واحد لحظه ای نش یکی از مدلهایی است که در شبیه سازی رفتار هیدرولوژیک
حوضه های آبخیز مورد استفاده قرار میگیرد. توسعه سریع حوضههای شهری، فرایند هیدرولوژی حوضه را تحت تاثیر
قرار میدهد و باعث کاهش نفوذپذیری، جریان پایه سیلاب، زمان تاخیر و افزایش حجم سیلاب، پیک هیدروگراف،
فراوانی سیل و رواناب سطحی میگردد. در این تحقیق اثر تغییر کاربری اراضی نظیر شهرسازی بر پارامترهای مدل نش
مورد بررسی قرار گرفت. این پارامترها در دو زیر حوضه از یک حوضه با کاربری اراضی متفاوت در شهر سیرا ویستا در
ایالت آریزونا، با استفاده از سه روش مرسوم ممانها، ریشه میانگین مربع خطاها و تولید داده تصادفی محاسبه شدند.
نتایج نشان داد در هر سه روش، پارامتر زمان تاخیر حوضه که حاصل ضرب پارامترهای – n و K مدل نش می باشد در -
حوضه طبیعی بیشتر از حوضه شهری میباشد که نشان دهنده ذخیره بیشتر در حوضه طبیعی میباشد. مقادیر میانه
محاسبه شده از سه روش استفاده شده در مرحله واسنجی، جهت صحت سنجی در بقیه رویدادها مورد استفاده قرار
گرفت. نتایج نشان داد هر سه روش دقت قابل قبولی در شبیه سازی هیدروگرافها دارند. مقادیر حد بالا و پایین میانه
01 و 01 درصد( مورد آزمون قرار گرفت. ،01 ، پارامترهای تولید شده نیز جهت بررسی بیشتر پارامترها )یعنی 01
دامنه وسیعتری از پارامترها در حوضه شهری دارای بازده قابل قبول نسبت به حوضه طبیعی میباشند. این مسئله به
دلیل عدم قطعیت کمتر در حوضه شهری میباشد که در آن نسبت رواناب به بارش بسیار بزرگ تر از حوضه طبیعی
است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of land Use Effect on Nash Model Parameters

نویسندگان [English]

  • Ahmad Fakhrifard 1
  • Vahid Nourani 2
  • Faegheh Niazi 3
1 Professor, Department t of Water Resources Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 M.Sc. of Water Resources Engineering, PhD student, Department t of Water Resources Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Tehran,
چکیده [English]

Flood forecasting is of great importance in hydrologic planning, hydraulic structure design, water resources management and flood control. Nash’s Instantaneous Unit Hydrograph (IUH) is frequently used for simulating hydrological response in natural watersheds. Rapid development of urban areas affect the hydrologic process of the watershed by decrease in soil permeability, flood base flow, lag time and increase in flood volume, peak of the hydrograph, flood frequency and surface runoff. In this study the influence of land use like urbanization on the significant parameters of the Nash model have been investigated. These parameters calculated using three popular methods i.e. moment, root mean square error and random sampling data generation, in two sub-watersheds with different land uses in the city of Sierra Vista, Arizona. The results showed that in all three methods the lag time of the watershed, which is product of K by n, in natural watershed is greater than urban one, which means more storage in natural watershed. The median of three mentioned method in calibration events were used in remain events for verification. The results showed that all the three method have acceptable accuracy in hydrograph simulation. Some specific upper and lower percentile values of the median of the generated parameters (i.e. 10, 20, 30 and 40 %) were analyzed to future investigates the derived parameters. There is a wider range in parameter values in urban sub-watershed than the natural one in which the efficiency has an acceptable value. It might be due to less uncertainty in urban watersheds where runoff to rainfall ratios are much larger than in the natural sub-watershed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • land use
  • Nash model
  • parameter estimation
  • storage coefficient
  • urban watershed. 1
بهره مند، ع. و ر. مصطفی زاده. 0009 . مقایسه کارایی روش های تخمین پارامترهای مدل هیدروگراف واحد
. لحظه ای نش در شبیه سازی هیدروگراف جریان در حوزه آبخیز جعفرآباد، مجله پژوهش های آبخیزداری. شماره 00
- . صفحه 40 00
نیازی، ف.، ا. فاخری فرد، ع. حسین زاده دلیر، ا. ح. ناظمی، و م. ع. قربانی. 0009 . استخراج هیدروگراف واحد
ژئومورفولوژی مخزن و مقایسه آن با هیدروگراف واحد بر مبنای مدل نش )مطالعه موردی: حوضه کمانج بالا(، مجله
- . دانش کشاورزی. جلد 00 ، شماره 0، صفحه 00 09
Agirre, U., M. Goni, J. J. Lopez and F. N. Gimena .2005. Application of a unit hydrograph based on subwatershed division and comparison with Nash's instantaneous unit hydrograph. Catena 64: 321-332.
Arnold, C. L., and C. J. Gibbons. 1996. Impervious surface coverage: the emergence of a
key environmental indicator. Journal of the American Planning Association, 62: 243–258.
Boyd, M. J., M. C. Bufill and R. M. Knee. 1993. Pervious and impervious runoff in urban catchments. Hydrological Sciences Journal, 38(6): 463–478.
Cheng, S. J. and R. Y. Wang. 2002. An approach for evaluating the hydrological effects of urbanization and its application. Hydrological Processes, 16:1403–1418.
Cheng, S. J., C. f. Lee and J. H. Lee. 2010. Effect of urbanization factors on model parameters. Water Resources Management, 24: 775–794.
Chow, V. T. and D. R. Maidment. Mays, L. W. 1988. Applied Hydrology. McGraw-Hill, New York, USA, 572 pages.
Dongquan, Z., C. Jining, W. Haozheng and T. Qingyuan. 2013. Application of a sampling based on the combined objectives of parameter identification and uncertainty analysis of an urban rainfall-runoff model. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139:66-74.
Dougherty, M., R. L. Dymond, T. J. Grizzard Jr, A. N. Godrej, C. E. Zipper and J. Randolph. 2006. Quantifying long term hydrologic response in an urbanizing basin. Journal of Hydrologic Engineering, 12: 33–41.
Hollis, G. E. 1975. The effect of urbanization on floods of different recurrence interval. Water Resources Research, 11: 431–435.
Huang, S. Y., S. J. Cheng, J. C. Wen and J. H. Lee. 2012. Identifying hydrograph parameters and thei relationship to urbanization variables. Hydrological Sciences Journal, 57:144–161.
Kang, I. S., J. I. Park and V. P. Singh. 1998. Effect of urbanization on runoff characteristics of the On-Cheon Stream watershed in Pusan, Korea. Hydrological Processes, 12: 351–363.
Kennedy, J. R., D. C. Goodrich and C. L. Unkrich. 2013. Using the KINEROS2 modeling framework to evaluate the increase in storm runoff from residential development in a semiarid environment. Journal of Hydrologic Engineering, 18: 698-706.
Nash, J.E. 1957. The form of the instantaneous unit hydrograph .Hydrology Sciences Bulletin, 3: 114-121.
Nash, J. E. and J. V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual models I: a discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3): 282–290.
Nourani, V., V. P. Singh and H. Delafrouz. 2009. Three geomorphological rainfall–runoff
models based on the linear reservoir concept. Catena, 76: 206–214.
Ogden, F. L., N. R. Pradhan, C. W. Downer and J. A. Zahner. 2011. Relative importance of impervious area, drainage density, width function, and subsurface storm drainage on flood
فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب
سال پنجم • شماره نوزدهم • بهار 1394
33
فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب
سال پنجم • شماره نوزدهم• بهار 1394
runoff from an urbanized catchment. Water Resources. Research, 47, W12503. http://dx.doi.org/10.1029/2011WR010550.
Rwasoka, D. T., C. E. Madamombe, W. Gumindoga and A. T. Kabobah. 2014. Calibration, validation, parameter indentifiability and uncertainty analysis of a 2 – parameter parsimonious monthly rainfall-runoff model in two catchments in Zimbabwe. Physics and Chemistry of the Earth, 67: 36–46.
Shuster, W., J. Bonta, H. Thurston, E. Warnemuende and D. Smith. 2005. Impacts of impervious surface on watershed hydrology: A review. Urban Water Journal, 2(4): 263–275.
Singh, V. P. 1988. Hydrologic Systems. Rainfall–Runoff Modeling, vol. I. Prentice-Hall, Englewood Cliffs.
Smith, J. A., M. L. Baeck, K. L. Meierdiercks, P. A. Nelson, A. J. Miller and E. J. Holland. 2005. Field studies of the storm event hydrologic response in an urbanizing watershed. Water Resources Research, 41, W10413.
U.S. Dept. of Agriculture (USDA). 1986. Urban hydrology for small watersheds: Technical Release 55, Washington, DC.
Vos, N. J., T. H. M. Rientjes, and H. V. Gupta. 2010. Diagnostic evaluation of conceptual rainfall–runoff models using temporal clustering. Hydrological Processes. 24: 2840–2850.
Wagener T. 2007. Can we model the hydrological impacts of environmental change? Hydrological Processes. 21(23): 3233–3236.