11840

11840

توسعه روش همگن‌يابي در حوضه‌هاي پايه معرف (REWs) براي شناسائي نواحي سيل‌خيز

دكتري

عمران - آب

بهمن ماه 1391

بهمن ماه 1391

دكتر مجتبي غروي - دكتر بهرام ثقفيان

چكيده در دهه‌هاي اخير، به‌موازات بكارگيري و توسعه مدل‌هاي هيدرولوژيك مفهومي- توزيعي، انجام انواع پهنه‌بندي‌ها و يا تفكيك عرصه‌هاي طبيعي به تعدادي نواحي همگن‌هيدرولوژيك، به‌منظور مديريت هرچه مطلوب‌تر حوضه‌هاي آبريز، ضرورت دارد. زيرا، در برخي از حوضه‌ها (بويژه حوضه‌هاي متوسط و بزرگ)، بعلت وجود تنوع ويژگي‌هاي زميني و اقليمي، بكارگيري مدل‌هاي مفهومي- توزيعي در آنها جهت مطالعه يك فرآيند هيدرولوژيك، از چالش‌هاي جدي محسوب مي‌گردد. بعبارتي، بكارگيري و يا توسعه روش‌هاي تفكيك‌كننده حوضه‌ها به مناطق و يا حوضه‌هاي نماينده (معرف) اوليه (REWs) قبل از اعمال مدل‌هاي مذكور، مي‌تواند با بهبود نتايج واسنجي و همچنين كسب خروجي با عدم‌قطعيت كمتر همراه گردد. از اين‌رو، روش‌هاي مختلف رياضي، آماري و زمين‌آماري توسعه يافته‌اند كه مي‌توان از آنها براي دسته‌بندي زيرحوضه‌ها و يا گسسته‌سازي يك حوضه به تعدادي سطوح/مناطق همگن‌ به‌منظور شناسائي و دسته‌بندي در پاسخ به فرآيند بارش- روانآب، استفاده نمود. كاركرد بسيار مفيد اين همگن‌يابي مي‌تواند در حوضه‌هاي با آمار اندازه‌گيري شده (فرضا هيدرومتري) ناكافي و يا فاقد آمار ‌باشد. تحقيق حاضر نيز همگن‌يابي هيدرولوژيك نواحي مختلف در چنين حوضه‌هائي را هدف‌گذاري نموده است. براي اين همگن‌يابي نيز، شناسائي نواحي كه مشابهت در پتانسيل توليد سيل (شدت سيل‌خيزي) دارند با استفاده از يك روش‌ فازي- زمين‌آماري مدنظر قرار گرفته است. ابتدا با انتخاب حوضه معرف والنات گالچ (WGEW) واقع در ايالت آريزوناي آمريكا به‌لحاظ كفايت كمي و كيفي داده‌هاي زميني و هواشناسي، 9 لايه‌ اطلاعاتي عوارض زميني موثر بر فرآيند بارش- روانآب بصورت رستري در اين حوضه، تهيه گرديد. نتايج خروجي از تحليل مولفه‌هاي اصلي (PCA) نشان دادند كه از بين لايه‌هاي مذكور، لايه‌هاي مدل ارتفاعي ‌رقومي (DEM)، عدد منحني (CN) و شاخص موقعيت توپولوژيك (TPI) را مي‌توان به‌عنوان لايه‌هاي حاكم (مستقل) درنظر گرفت و فقط از سري داده‌هاي آنها بعنوان داده‌هاي نماينده براي عمليات تفكيك نواحي همگن (از نظر سيل‌خيزي) استفاده نمود. براي اين همگن‌يابي نيز، از روش‌ خوشه‌بندي ميان‌مركز فازي (FCM) استفاده شد. براي افزايش مطلوبيت اين روش و كاهش هزينه محاسبات، ابتدا ميزان فازيت مناسب تعيين، سپس يك روش زمين آماري براي بهينه‌يابي تعداد داده‌هاي ورودي به خوشه‌بندي (تفكيك نواحي همگن) نيز توسط نگارنده پيشنهاد گرديد. علاوه بر آن، سعي گرديد، رعايت هم‌خواني بين مقياس‌ داده‌هاي مشاهداتي، مقياس فرآيند و مقياس مدل‌سازي نيز مدنظر قرار گيرد. در اين راستا، با بهره‌گيري از تحليل همسايگي، روشي براي تعيين يك اندازه سلول مناسب لايه‌هاي رستري ارائه گرديد. نتايج نشان‌دادند، با توجه به وسعت مدل‌سازي (وسعت حوضه منتخب) كه معادل 150 كيلومتر مربع است و به‌عنوان تعيين‌كننده تعداد واحد سطحي (تعداد سلول‌ها)، براي تامين دقت موردنياز شاخص سيل‌خيزي و بعبارتي رعايت مقياس فرآيند موردمطالعه (بارش- روانآب)، در تحقيق حاضر، اندازه سلول 150×150 متر مناسب مي‌باشد. هم‌چنين نتايج آشكار نمودند، بكارگيري داده‌هاي مشاهداتي با اندازه سلول‌ كوچك براي هر هدف هيدرولوژيكي، لزوما منجر به كسب نتايج مطلوب‌تر نخواهد شد. نهايتا با تعيين لايه‌هاي (داده‌هاي) نماينده، تعداد بهينه سري داده‌هاي هر لايه با بهينه‌يابي اندازه سلول‌ها، تعيين مقدار مناسب فازيت و تعداد بهينه خوشه‌ها، نقشه نواحي همگن هيدورولوژيك (حاصل از خوشه‌بندي با روش FCM) با هدف شناسائي نواحي سيل‌خيزي تهيه گرديد. به‌منظور اعتباريابي اين نقشه نيز از يك روش جامع تلفيقي استفاده شد. در روش جامع تلفيقي موردنظر، ابتدا شبيه‌سازي فرآيند بارش- روانآب با انتخاب تعدادي وقايع بارشي در حوضه WGEW با استفاده از مدل توزيعي توسعه يافته كلارك (ModClark) بانجام رسيد. سپس با بكارگيري روش عكس‌العمل سيل واحد (UFR) مقدار شاخص سيل‌خيزي تمامي سلول‌هاي واقع در محدوده حوضه مورد مطالعه تعيين و نقشه اين شاخص نيز تهيه گرديد. نهايتا، اين نقشه (نواحي همگن از نظر سيل‌خيزي) با نقشه حاصل از روش پيشنهادي (روش فازي- زمين‌آماري) مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه هم‌خواني قابل قبولي بين نقشه‌هاي حاصل از روش‌ پيشنهادي و روش جامع تلفيقي وجود دارد. واژه‌هاي كليدي: نواحي همگن هيدرولوژيك، تحليل مولفه‌هاي اصلي(PCA)، تحليل همسايگي، خوشه‌بندي ميان‌مركز فازي(FCM)، مدل مادكلارك (ModClark)، پاسخ سيل واحد (UFR)