بررسی اثر الگوریتم‌های روندیابی جریان و توان تفکیک مدل‌های ارتفاعی رقومی بر شاخص توپوگرافی و عملکرد مدل نیمه توزیعی topmodel (مطالعه موردی: حوضه‌های آبریز کسیلیان و کارده)

نقش الگوریتم‌های روندیابی جریان، برای استخراج پارامترهای ژئومورفولوژیکی حوضه‌های آبخیز و مدل‌سازی توزیعی فرآیند بارش رواناب، غیرقابل انکار می‌باشد. در پژوهش حاضر به ارزیابی اثر چند الگوریتم‌ پرکاربرد (d8, mfd, lea) بر شاخص توپوگرافی و نیز عملکرد مدل نیمه توزیعی topmodel در ابعاد سلولی مختلف پرداخته شده است. نتایج حاصل از ارزیابی مدل در دو حوضه آبخیز کسیلیان و کارده، با دو مساحت و دو اقلیم متفاوت، حاکی از آن است که اگرچه در تمامی الگوریتم‌ها با افزایش ابعاد سلول dem متوسط شاخص توپوگرافی افزایش می‌یابد اما در یک ابعاد سلولی ثابت، مقدار متوسط شاخص توپوگرافی بدست آمده از دو روش mfd و d8 به ترتیب دارای بیشترین و کمترین مقدار می‌باشد. نکته مهم دیگر حاصل از این مطالعه آن است که واسنجی خودکار پارامترهای مدل و کاهش اختلاف بین شاخص کارائی نشساتکلیف مدل در الگوریتم‌های مختلف می‌تواند بسیار گمراه‌کننده باشد؛ زیرا مقادیر متفاوت پارامترهای بدست آمده در هر الگوریتم، بر مهم‌ترین پارامترهای هیدرولوژیکی از جمله میزان جریان سطحی و زیرسطحی شبیه‌سازی شده، تاثیرگذار است. به طوری که در حوضه کارده اگرچه اختلاف بین شاخص کارائی مدل در الگوریتم های مختلف به کمتر از 5 درصد محدود می گردد، اما مدل واسنجی شده در الگوریتم d8 نسبت به دو الگوریتم دیگر جریان زیرسطحی را در حدود 12 درصد بیش برآورد می نماید. همچنین طبق نتایج بدست آمده الگوریتم mfd به علت مقادیر کم پارامتر m (در حدود 0.015) از کارائی مناسبی در حوضه کسیلیان برخوردار نمی‌باشد و به نوعی با مبانی topmodel در تعارض می‌باشد. لذا توصیه می‌گردد در حوضه‌های فاقد آمار در انتخاب پارامتر m و نیز در شیب‌های کم در تعیین الگوریتم روندیابی جریان، دقت کافی به عمل آید.

An Investigation on the Effects of DEM Resolution and Flow Tracing Algorithms on the Topo Index and TOPMODEL Performance (Case Study: Kasilian and Karde Catchments)

Topography is an important factor in watershed response to input rainfall. The important role of flow tracing algorithms for deriving geomorphologic parameters of watersheds to feed distributed/semi distributed rainfall runoff models is undeniable. In present research, the effects of some widely used algorithms like D8, MFD, and Lea on the performance of a semi distributed model, TOPMODEL, in different cell sizes were investigated. The model was applied in two study watersheds, Kasilian and Karde, with two different areas and climates. It was illustrated that while for all algorithms the Topo Index values increased with the increase of the DEM cell size, in a fixed cell size MFD and D8 algorithms gave the highest and lowest values of the Topo Index, respectively. The most important result drawn from this observation is the fact that the drainage area of each cell varies by changing the flow tracing algorithm. The model calibration, focusing on its important parameter “m” which controls the amount of runoff generated by the model, compensated the effects of DEM cell size’s increase and improved the model performance in terms of NashSutcliffe index. It was concluded that using automatic calibration for enhancing the model performance could be misleading through giving unrealistic contribution of simulated surface and subsurface flow components. For example, in Kasilian watershed using D8 as the flow tracing algorithm the surface flow and subsurface flow showed the minimum and maximum contribution to the generated flow with respect to the other two algorithms, respectively. Moreover, MFD algorithm because of giving low values of “m” in the Kasilian watershed as a humid region is not a suitable algorithm in this type of climate and is in conflict with the basics of TOPMODEL.