شبیه‌سازی هیدروگراف جریان رودخانه با مدل هیدرولوژیکی-توزیعی انعطاف‌پذیر wetspa در حوزه خرم آباد

زمینه و هدف: کاربرد مدل‌های هیدرولوژیکی در حوزه‌های آبریز همواره مورد توجه محققین منابع آب بوده است. مدل‌های شبیه‌سازی هیدرولوژیکی ابزارهای ارزشمندی برای بررسی موضوعات چالش برانگیز مرتبط با مدیریت حوزه آبریز همچون اثر تغییر اقلیم بر منابع آب و تاثیر شهرسازی بر سیلاب ها و خشکسالی‌ها هستند. مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی wetspa برای شبیه‌سازی جریان رودخانه در مقیاس حوزه به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کار برده می‌شود. این مدل جهت پیش‌بینی هیدروگراف‌ها و پارامترهای هیدرولوژیکی توزیعی مکانی حوزه از نقشه‌های توپوگرافی، کاربری اراضی، نقشه خاک و سری زمانی روزانه هواشناسی (بارندگی، تبخیر و درجه حرارت) مشاهده شده استفاده می‌کند. در این مقاله از مدل شیءگرا، مدولار و فرآیندمحور wetspa که بر اساس رویکرد مدل سازی انعطاف پذیر تهیه شده، جهت شبیه سازی هیدروگراف روزانه در حوزه خرم‌آباد استفاده شده است.روش پژوهش: ورودی‌ های مدل شامل نقشه‌های رقومی ارتفاع، تیپ خاک، کاربری اراضی و سری‌های زمانی بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل است که از آمار 6 ایستگاه هواشناسی در یک دوره ده ساله (سال آبی 85 84 تا 94 93) استفاده گردید. پس از آماده‌سازی ورودی های مدل، در ابتدا نقشه های پارامترهای توزیعی به وسیله مولفه پیش پردازش gis مدل، به طور خودکار به قالب map تولید می‌شوند. پس از آن، واسنجی مدل با استفاده از یک دوره آماری 5 ساله (سال آبی 85 84 تا 89 88) از داده‌های بارش، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل انجام شد. مدل جهت استفاده از داده های بارش، دما و تبخیر از پلیگون های تیسن استفاده می‌کند. بدین منظور از دبی های روزانه ایستگاه هیدرومتری چم‌انجیر واقع در خروجی حوزه آبریز مورد مطالعه استفاده گردید. واسنجی مدل با تعیین مقادیر 11 پارامتر عمومی (کلی) مدل به صورت دستی صورت گرفت، به‌نحوی که بهترین انطباق بین هیدروگراف شبیه سازی و مشاهده ای به دست آید. در نهایت اعتبارسنجی مدل براساس یک دوره آماری 5 ساله (سال آبی 89 88 تا 94 93) و مقادیر پارمترهای عمومی (کلی) به دست آمده در مرحله واسنجی انجام شد.یافته‌ها: نقشه‌های پارامترهای توزیعی تولید شده که بعد از آماده‌سازی ورودی‌های مدل تولید می‌شدند نشان داد که متوسط ضریب رواناب پتانسیل حوزه 63 درصد و زمان تمرکز حوزه 17 ساعت می باشد. در ادامه طبق11پارامتر کلی که نماد و دامنه تغییرات آن ها در جدول (3) مشخص شده‌اند، مقادیر پارامترهای کلی مدل در مرحله واسنجی به دست آمد. مقایسه هیدروگراف شبیه سازی شده توسط مدل و هیدروگراف مشاهده ای در مرحله واسنجی نشان داد که بهترین انطباق بین داده های مشاهده ای و شبیه‌سازی شده با ضریب همبستگی 0.39 ایجاد شده است. اعتبارسنجی مدل نیز براساس دوره آماری 5 ساله (سال آبی 89 88 تا 94 93) و مقادیر پارامترهای کلی به دست آمد. فایل‌های خروجی مدل نشان داد که در دوره واسنجی 26.15 درصد از بارش تبدیل به رواناب می‌شود. در دوره اعتبارسنجی سهم کل رواناب از بارش برابر 26.42 درصد بدست آمد. همچنین نتایج شبیه‌سازی مدل، نسبت تبخیر به بارش را در دوره‌های واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 57.18 و 69.20 درصد را نشان می‌دهد. نتایج ارزیابی مدل بر اساس شاخص کلینگ گوپتا (kge) نیز، مقدار 0.68 برای دوره واسنجی و 0.74 را برای دوره اعتبارسنجی نشان می دهد.نتایج: در این مقاله به بررسی کارایی مدل wetspa بهمنظور شبیه سازی جریان روزانه رودخانه خرم‌آباد در محل ایستگاه هیدرومتری چم‌انجیر پرداخته شد. با توجه به نتایج به‌دست آمده از این تحقیق میتوان گفت که مدل توزیع مکانی wetspa توانایی شبیه‌سازی رفتار هیدرولوژیکی حوزه را با دقت قابل قبولی دارد. مقایسه گرافیکی هیدروگراف‌های محاسبه‌ای و مشاهده‌ای برای دوره واسنجی و ارزیابی نیز نشان دهنده تطابق نسبتاً خوبی بین دو هیدروگراف می‌باشد. بررسی نتایج حاصل از محاسبه مولفه‌های بیلان آبی توسط مدل نشان می دهد که جریان خروجی در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 26.15 و 26.42 درصد از کل بارش را به خود اختصاص داده است که با توجه به کاربری عمده کوهستان و مرتع در حوزه آبریز منطقی به نظر می‌رسد.

simulation of stream flow hydrographs using flexible distributed hydrological model (wetspa) in khorram abad basin

background and purpose: the use of hydrological models in watersheds has always been of interest to water resources researchers. hydrological simulation models are valuable tools for investigating challenging issues related to watershed management, such as the effect of climate change on water resources and the effect of urbanization on floods and droughts. spatial distribution hydrological model wetspa is used to simulate river flow at basin scale. the model uses the observed topography, land use, soil map, and daily meteorological time series (rainfall, evaporation and temperature) to predict hydrographs and distributional spatial hydrological parameters of the basin. in this article, the object oriented, modular and process oriented model of wetspa, which is prepared based on the flexible modeling approach, is applied to simulate the daily hydrograph in khorramabad basin.method: the inputs of the model include digital elevation maps, soil type, land use, and time series of precipitation, temperature, and potential evaporation and transpiration, which are from the statistics of 6 meteorological stations in a ten year period (water year 84 85 until 93 94) is used. after preparing the inputs of the model, at first the maps of the distribution parameters are automatically generated in the map format by the gis pre processing component of the model. after that, the model is calibrated using a 5 year statistical period (water year 84 85 to 89 88) of precipitation, temperature, and potential evaporation and transpiration data. the model uses thiessen polygons to apply precipitation, temperature, and evaporation data. for this purpose, the daily discharges of jam anjir hydrometric station located at the outlet of the studied watershed are used. model calibration is done manually by determining the values of 11 global (general) parameters of the model, so that the best match between simulation and observational hydrograph is obtained. and finally, the validation of the model is carried out based on a 5 year statistical period (water year 89 88 to 94 93) and the values of the global parameters obtained in the calibration stage.findings: the maps of distributed parameters are produced, which after preparing the inputs of mashdand's production model showed that the average potential runoff coefficient of the area is 63% and the concentration time of the area is 17 hours. in the following, according to the 11 global parameters, which symbol and range of changes are specified in table (3), the model global (general) parameters values  are obtained in the calibration stage. comparing the simulated hydrograph by the model and the observed hydrograph in the calibration stage shows that the best match between the observed and simulated data is established with a correlation coefficient of 0.39. validation of the model is also based on a 5 year statistical period (water year 89 88 to 94 93) and the values of global parameters. the output files of the model illustrate that 26.15% of the precipitation becomes runoff during the calibration period. during the validation period, the share of total runoff from precipitation is 26.42%. moreover, the simulation results of the model demonstrate the ratio of evaporation to precipitation in the calibration and validation periods is 57.18 and 69.20%, respectively. additionally, the results of the evaluation of the model based on the kling gupta index (kge) present the value of 0.68 for the calibration period and 0.74 for the validation period.results: in this article, the effectiveness of wetspa model is investigated in order to simulate the daily flow of khorram abad river at cham anjir hydrometric station. according to the results obtained from this research, it can be said that the wetspa spatial distribution model has the ability to simulate the hydrological behavior of the basin with acceptable accuracy. the graphical comparison of the calculated and observed hydrographs for the calibration and evaluation period also shows a relatively good match between the two hydrographs. examining the results of calculating of the water balance components by the model demonstrates that the outflow in the calibration and validation period accounted for 26.15 and 26.42% of the total precipitation respectively, seems logical considering the major land use of mountains and pastures in the irrigation basin.