تغییر پاسخ هیدروگراف واحد آبخیز در اثر احداث سازه‌های کوتاه تأخیری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان،

2 گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعیدانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

اجرای عملیات آبخیزداری در سطح آبخیز می‌تواند رژیم هیدرولوژیک جریان خروجی از آبخیز از جمله دبی اوج، زمان تا اوج، زمان پایه و حجم رواناب را تحت تاثیر قرار دهد. یکی از کاربردهای هیدروگراف واحد، محاسبه اثر فعالیت‌های انجام‌شده به‌منظور کنترل سیل روی عکس‌‌العمل هیدرولوژیک آبخیز است که به‌وسیله مقایسه خصوصیات هیدروگراف واحد استخراج شده از داده‌های بارش و جریان قبل و بعد از انجام اقدامات در آبخیز صورت می‌گیرد. نتایج ارزیابی تاثیرات هیدرولوژیک فعالیت‌های اجرایی می‌تواند در طراحی بهینه و اجرای عملیات کنترل سیلاب مفید واقع گردد. هدف این تحقیق ارزیابی تاثیر هیدرولوژیک اقدامات مکانیکی آبخیزداری (احداث سدهای تأخیری) انجام شده در آبخیز جعفرآباد استان گلستان با مساحتی حدود (10900 هکتار) با استفاده از رویکرد مقایسه هیدروگراف واحد است. پس از استخراج وقایع ثبت شده بارش-رواناب متناظر (43 رخداد) در دوره زمانی ارزیابی قبل و بعد از احداث عملیات مکانیکی، هیدروگراف‌های واحد با تداوم بارش برابر زمان تمرکز آبخیز محاسبه گردید. در این خصوص برای تبدیل هیدروگراف‌‌های D ساعته به Tc ساعته از منحنی S استفاده شد. سپس مولفه‌های هیدروگراف واحد آبخیز در دو وضعیت قبل و بعد از اقدامات آبخیزداری استخراج شد و نتایج با استفاده از آزمون تی و نمودارهای باکس-ویشکر مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که تاثیر اقدمات آبخیزداری بر روی هیدروگراف واحد شاخص به‌صورت افزایش دبی اوج و زمان پایه و کاهش زمان تا اوج پاسخ واحد بوده است. در حالی که، اثر اقدامات سازه‌ای از نظر آماری نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار (p-value<0.05) مولفه زمان پایه و افزایش آن به میزان 6 ساعت (به‌طور متوسط) بعد از احداث عملیات بوده است. هر چند میانگین زمان تا اوج رخدادها از 9/15 به مقدار 8/14 ساعت کاهش پیدا کرده است ولی از نظر آماری معنی‌دار نبوده است. در مجموع می‌توان گفت در اثر اجرای سازه‌های تأخیری و جانمایی مکانی آن‌ها در سطح آبخیز، واکنش آبخیز و در نتیجه مولفه‌های هیدروگراف واحد آبخیز تحت تأثیر قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Changes the watershed unit hydrograph response due to constructed small detention structures

نویسندگان [English]

  • Shahnaz Mirzaei 1
  • Raoof Mostafazadeh 2
1 Watershed Management Sciences and Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]

Watershed management structures affect the hydrological outflow hydrograph components such as peak discharge, time to peak, base time and runoff volume. The unit hydrograph approach can be used to evaluate the effects of watershed management practices on hydrologic response, through comparison of unit hydrograph derived from recorded observed events before and after the management practices in the watershed. The hydrologic evaluation reports of watershed measures can be helpful in design improvement and implementation of flood control structures. The aim of this study was to evaluate the effect of small detention dams on watershed unit hydrograph response in Jafar-abad watershed (with an area of 10900 ha), Golestan Province. The 43 recorded rainfall-runoff events were analyzed before and after the mechanical measures and the Tc-duration unit hydrograph were derived. In this regard, the D-hr hydrographs were converted to Tc-hr hydrographs using S-curve method. Then the unit hydrograph components were obtained for pre and post construction of structural measures and hydrograph components were analyzed using t-test analysis and Box-and-whisker plots. The results showed an increase in the peak flow and base time of index unit hydrograph and also the time to peak of the unit response decreased due to constructed measures. While, the statistical analysis showed a significant difference (p-value<0.05) due to the effect of structural measures on unit hydrograph base-time component and increasing it up to 6 hours (on average) in the post construction period. Although the mean value of time to peak has reduced from 15.9 to 14.8 hrs, which was not statistically significant. In general, the watershed response and resultant hydrograph component of the watershed are affected due to the implementation and allocation of detention structures in the watershed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Unit response
  • Hydrologic behavior
  • Time of Concentration
  • Check-dam
  • unit hydrograph

ابراهیمی، پ.، ج. سلیمی کوچی و م. محسنی ساروی. 1396. تاثیر عملیات آبخیزداری بر آبنمود سیل با استفاده از مدل HEC-HMS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز رامیان). علوم و مهندسی آب، سال هفتم، شماره شانزدهم، ص 98-85.

جهاد کشاورزی استان گلستان، 1385. کتابچه طرح‌های آبخیزداری انجام شده در آبخیزهای استان گلستان. 62 ص.

روغنی، م.، س.م. طباطبایی و ص. شادفر. 1389. ارزیابی عملیات آبخیزداری و معرفی روشی در تعیین سازه‌های کنترل سیل. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، سال چهارم، شماره 13، ص 60-51.

صادقی، س،ح،ر.، ف. شریفی، ا. فروتن و م. رضایی. 1383. ارزیابی کمی عملکرد اقدامات آبخیزداری (مطالعه موردی: زیرحوزه آبخیز کشار). مجله پژوهش و سازندگی، شماره 65، ص 96 تا 102.

صفوی، ح،ر. 1385. هیدرولوژی مهندسی. انتشارات اردکان، 620 ص.

طالبی، ع.، م. عشقی‌زاده، م. دستورانی و ح. عظیم‌زاده. 1393. بررسی تاثیر عملیات آبخیزداری بر توزیع جریان سطحی با استفاده از معرفی الگوریتم توزیع. اکوهیدرولوژی. دوره 1، شماره 2، ص 97-83.

کارآموز، م.، و ش. عراقی‌نژاد. 1384. هیدرولوژی پیشرفته. انتشارت دانشگاه صنعتی امیر کبیر. 465 ص.

مصطفی‌زاده، ر. 1387. شبیه‌سازی تاثیرات هیدرولوژیکی سازه‌های اصلاحی به منظور ارزیابی سناریوهای سازه‌ای کنترل سیل در آبخیز جعفرآباد، استان گلستان. پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 124 ص.

مصطفی‌زاده، ر.، ا. سعدالدین، ع.ر. بهره‌مند و و.ب. شیخ. 1389. ارزیابی اثرات هیدرولوژیک طرح آبخیزداری جعفرآباد استان گلستان با استفاده از مدل HEC-HMS. مهندسی و مدیریت آبخیز، شماره 2، ص 93-83.

مصطفی‌زاده، ر.، ع.ر. بهره‌مند و م. ذبیحی. 1394. ارزیابی کارایی روش دیسکین به‌منظور استخراج هیدروگراف واحد لحظه‌ای در آبخیز جعفرآباد، استان گلستان. اکوهیدرولوژی، دروه 2، شماره 2، ص 150-141.

نبی‌پور، ی.، م. وفاخواه، و ح. مرادی. 1393. اثر عملیات آبخیزداری بر خصوصیات سیل. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال هجدهم، شماره 67، ص 212-199.

نورعلی، م.، و ب. قهرمان. 1395. ارزیابی تأثیر عملیات آبخیزداری بر آبنمود سیل با استفاده از مدل HEC-HMS (مطالعه موردی: حوزه آبخیز گوش و بهره). پژوهش‌نامه مدیریت حوزه آبخیز، سال هفتم، شماره 13، ص 71-60.

Al Qudah, Kh., Q. Abdelal, C. Hamarneh and N. Abu-Jaber. 2016. Taming the torrents: The hydrological impacts of ancient terracing practices in Jordan. Journal of Hydrology, 542: 913-922.

Chin, D.A. 2000. Water Resources Engineering. Prentice-Hall. Inc. 750p.

Edwards, P.J., K.W.J. Williard and J.E. Schoonover. 2015. Fundamentals of watershed hydrology. Journal of Contemporary Water Research and Education, 154: 3-20.

F.A.O. 2001. Small dams and weirs in earth and gabion materials. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Land and Water Development Division. 171p.

FUSCO Engineering, Inc. 2008. Watershed assessment report. 28p.

Goff, K.M., and R.W. Gentry. 2006. The Influence of watershed and development characteristics on the cumulative impacts of stormwater detention ponds. Journal of Water Resources Management, 20: 829–860.

 

 

Hall, M.J. 1977. The effect of urbanization on storm runoff from two catchment areas in North London. Proceeding of the American Society of Civil Engineers, 144 -152.

Haque, C.E. 2000. Risk assessment, emergency preparedness and response to hazards: The case of the 1997 red river valley flood, Canada. Journal of Natural Hazards, 21: 225–245.

Hill, Ch. 2008. City of Columbia Stormwater Utility: Review 2007 Stormwater Management and Water Quality Manual. 41p.

Jain, S.K., and V.P. Singh. 2003. Water resources systems planning and development. Elsevier Science B. V. 883p.

Kokkonen, T. 2003. Rainfall-Runoff modeling, comparison of modeling strategies with a focus on predictions and model integration. Ph.D Thesis in Technology, Helsinki University of Technology Water Resources Publications. 66p.

Kumar, R., C. Chatterjee, A.K. Lohani, S. Kumar and R.D. Sing. 2002. Sensitivity analysis of the GIUH based Clark model for a catchment. Water Resources Management, 16: 263–278.

Kusumastuti, D.I., and D. Jokowinarno. 2012. Time step issue in unit hydrograph for improving runoff prediction in small catchments. Water Resource and Protection, 4: 686-693.

Lammersen, R., H. Engel, W. van de Langemheen and H. Buiteveld. 2002. Impact of river training and retention measures on flood peaks along the Rhine, Journal of Hydrology, 267, 115–124.

Pilarczyk, K.W. 2007. Flood protection and management the Netherlands. Journal of Extreme Hydrological Events, New Concepts for Security, 385–407.

Raghunath, H.M. 2006. Hydrology: Principles, Analysis and Design. New Age International. 476p.

Ramirez, J.A. 2000. Prediction and Modeling of Flood Hydrology and Hydraulics. Chapter 11. Water Resources, Hydrologic and Environmental Sciences, 53p.

Roy, A., and R. Thomas. 2016. A comparative study on the derivation of unit hydrograph for Bharathapuzha river basin. Procedia Technology, 24: 62-69.

Sen, Z. 2008. Wadi Hydrology. Istanbul Technical University Turkey. Taylor & Francis Group, 347p.

Shieh, Ch.L., Y.R. Guh and Sh.O. Wang. 2007. The application of range of variability approach to the assessment of a check dam on riverine habitat alteration. Journal of Environmental Geology, 52:427–435.

Singh. V.P. 1988. Hydrologic Systems. Volume (1). Rainfall-runoff modeling. Prentice Hall. 480p.

USDA, Natural Resources Conservation Service. 2000. Hydrologic Effects of Land Use and Treatment. Chapter 12. Part 630 Hydrology. National Engineering Handbook. 12p.

Wellmeyer, J. L., M.C. Slattery and J.D. Phillips. 2005. Quantifying downstream impacts of impoundment on flow regime and channel plan form, lower Trinity River, Texas. Geomorphology, 69:1 –13.

Wen, J., Y. Lee, Sh. Cheng and J. Lee. 2014. Changes of rural to urban areas in hydrograph characteristics on watershed divisions. Natural Hazards, 74(2): 887-909.

Yingchao, T. 2002. Analysis of the benefits of soil and water conservation for comprehensive harness in qinggangba small watershed. 12th ISCO Conference. Beijing. 488-493.