استفاده از زمین‌آمار در تعیین متوسط حداکثر بارش روزانه جهت برآورد دبی سیلاب با استفاده از مدل WMS

نویسندگان
یاسر حسینی 1
زیبا امویی میلان 2
جواد رمضانی مقدم 3
علی رسول زاده 4
زهرا عبدالعلی زاده 5
سجاد میرزایی 6
1 استاد دانشگاه محقق اردبیلی- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی مغان
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آب
3 استادیار دانشگاه محقق اردبیلی- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی
4 استاد دانشگاه محقق اردبیلی- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی
5 دکتری مرتع و آبخیزداری دانشگاه محقق اردبیلی
6 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
سیلاب در مطالعات مربوط به بهره‌برداری از منابع آبی یا مدیریت سیلاب و ساخت سدها از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد و ایمنی سازه‌های مربوط به بندها و سدها وابسته به مطالعات دقیق هیدرولوژیکی می‌باشد. این مطالعه باهدف استفاده از روش‌های زمین‌آماری در تعیین متوسط حداکثر بارش روزانه در سطح حوضه به‌عنوان ورودی مدل، جهت برآورد بیشینه دبی سیلاب با استفاده از مدل WMS در حوزه آبریز عموقین در استان اردبیل، انجام‌شده است. حوزه عموقین با مساحت 78 کیلومترمربع در بخش مرکزی استان اردبیل واقع‌شده است برای تعیین شماره منحنی حوضه، نقشه کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیک خاک (D، C، B) در محیط GIS تلفیق گردید. برای تهیه این نقشه‌ها از نرم‌افزار Idrisi32 و تصاویر ماهواره لندست 8 استفاده شد. مقدار شماره منحنی حوضه برابر 7/78 برآورد گردید. برای تعیین متوسط بارش از روش‌های مختلف زمین‌آماری کریجینگ و کو کریجینگ جهانی با مدل‌های برازش، دایروی، نمایی، گوسی و نرمال و هم‌چنین روش عکس فاصله وزنی(IDW)، درون‌یابی چندجمله‌ای جهانی(GPI)، درون‌یابی چندجمله‌ای محلی(LPI) و روش رابطه شعاع محور(RBF)،  استفاده شد. نتایج نشان داد که روش کو کریجینگ نرمال برای دوره‌ بازگشت‌های مختلف دارای کم‌ترین خطا می‌باشد، سپس متوسط حداکثر بارش روزانه برای حوضه‌ با استفاده از روش کو کریجینگ نرمال برای دوره بازگشت‌های مختلف محاسبه گردید. با در نظر گرفتن وقایع بارندگی-رواناب در سطح منطقه در مرحله واسنجی (7/17RE=، 0/44RMSE =) و اعتبار‌سنجی (2/51RE=، 0/0042RMSE =) دقت و اعتبار برآورد سیلاب توسط مدل مورد تائید قرار گرفت.
 
کلیدواژه‌ها
الگوی بارش
شماره منحنی
صحت سنجی
رواناب
نفوذ

عنوان مقاله English

Use of Geostatistics in Determining Average Maximum Daily Rainfall to Estimate the Flood Discharge Using WMS Model

نویسندگان English

yaser Hoseini 1
Ziba Omooimilan 2
Javad Ramezani Moghaddam 3
Ali Rasoulzadeh 4
Zahra Abdolalizadeh 5
Sajjad Mirzaei 6
1 Professor of Moghan College of Agriculture & Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran,
2 Master's degree in water engineering, Email: milan89@chmail.ir
3 Assistant Professor of Faculty of Agriculture and Natural Resources - University of Mohaghegh Ardabili - Ardabil – Iran,
4 Professor of Faculty of Agriculture and Natural Resources - University of Mohaghegh Ardabili - Ardabil – Iran
5 Ph.D. in Range Management, Faculty of Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
6 Phd student of Watershed Science and Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده English

Floods are of great importance in studies related to the use of water resources, flood management and the construction of dams, and the safety of structures related to dams is dependent on accurate hydrological studies. This study used geostatistical methods to determine the average maximum daily rainfall in the Amuqin catchment basin in Ardabil province as an input to the WMS model in order to estimate the maximum flood discharge. The Amuqin basin, which has an area of 78 km2 is located in the central part of Ardabil province, to determine the curve number of the basin, land use maps and soil hydrological groups (B, C, D) were integrated in the GIS environment. These maps were prepared using the Idrisi32 software and Landsat 8 satellite images. The basin curve number was estimated as 78.7. Different geostatistical kriging and global cokriging methods with circular, exponential, Gaussian, and normal models, weighted distance image method (IDW), Global Polynomial Interpolation (GPI), Local Polynomial Interpolation (LPI), and Radius Axis Relation Method (RBF) using geographic information system software were used to determine the average precipitation. The results showed that the normal Cokriging method has the lowest error for different return periods, then the average maximum daily rainfall for the basin was calculated using the normal Cokriging method for different return periods. Considering the rainfall-runoff events at the regional level in the calibration (RE=7.17, RMSE=0.44) and validation (RE=2.51, RMSE=0.0042) stages, was confirmed the accuracy and validity of the flood estimation by the model.

کلیدواژه‌ها English

Curve number
Infiltration
Rainfall pattern
Runoff
Validation
  1. Ahmadi, A., Mohammadnia, M., Golshani, N. 2014. Sensitivity analysis of geomorphological variables affecting floods using HEC-HMS model. Case study: Zarchashmeh Hunjan, Isfahan province. Hydro geomorphology, 1(3): 21-42. (In Persian)
  2. Barzegaran, M., Doolabi, F., Nasiriyan, A. 2015. Simulation of maximum flood discharge using WMS model (case study: Hajiabad Basin), 4th International Congress on Civil Engineering, Architecture and Urban Development, Tehran, Permanent Conference Secretariat, Shahid Beheshti University. (In Persian)
  3. Ebrahimian, S., Qadri, J. 2012. Evaluation and recalibration of WMS/HEC-HMS model in the catchment area of Mahabad Dam, Scientific Quarterly Journal of Irrigation and Water Engineering. 4(4): 70-80. (In Persian)
  4. Hosseini, Y. 2019. Estimation of the flood discharge of Dareh Rood sub-basins in Ardabil province using physiographic characteristics of the basin, Hydrogeomorphology, 7(25): 83-98. (In Persian)
  5. Hosni, F., Chiakhani, M., San Ahmadi, B., Shabanlou, S. 2016 Comparison of cumulative and distributional flood hydrograph simulation methods by WMS and HEC-HMS models (case study: Gamasiab watershed), 2nd Iranian National Hydrology Conference, Shahrekord University, Shahrekord University - Iranian Hydrology Association. (In Persian)
  6. Hoseini, Y., Azari, A., Pilpayeh, A. 2017. Flood modeling using WMS model for determining peak flood discharge in southwest Iran case study: Simili basin in Khuzestan Province. Applied Water Science, 7: 33-55.
  7. Hoseini, Y. 2019. Comparison of SCS and Uniform hydrograph methods in estimating the maximum flood discharge of Amuqin Basin.Hydro geomorphology, l5(18): 97-113. (In Persian)
  8. Hoseini, Y. 2022. Evaluation of WMS model in basins without statistical data in southwestern Iran using Dicken's experimental method (case study: Kuhgel Basin of Khuzestan Province). Appl Water Sci 12, 162
  9. Ismali Avari, A., Mirzaei, Y., Maddi, A. 2017. Estimating the rate of soil erosion and sedimentation using WMS rainfall-runoff model, case study: Sadel watershed, West Azerbaijan province). Natural environment hazards, 7(17):1-18. (In Persian)
  10. Jena, J., Nath, S. 2020. An Empirical Formula for Design Flood Estimation of Un-Gauged Catchments in Brahmani Basin, Odisha. Journal of the Institution of Engineers (India): Series A.101: 1–6.
  11. Mlinsky, D., Walega, A., Stachura, T., Kaczor, G. 2019. A New Empirical Approach to Calculating Flood Frequency in Ungauged Catchments: A Case Study of the Upper Vistula Basin, Poland. Water. 11(3): 601-622.
  12. Mohammadi, M., Sheikh, V., Saaduddin, A. 2014. Modeling the effect of land use change on flood hydrograph (case study: Jafarabad watershed, Golestan province). Journal of water and soil protection research. 22(5): 185-171. (In Persian)
  13. Mirzaei, Sh., Ismali, A., Mostafazadeh, R., Qurbani, O., Mirzaei, S. 2016. Simulation of flood hydrograph and analysis of its relationship with land surface measurements in Amuqin watershed, Ardabil province, Eco hydrology Journal, 2(1):371-357. (In Persian)
  14. Nowzari, H., Maroufi, S., Adiresh, M. 2016. Identification and prioritization of flood-prone areas of Dez basin using WMS model. Iranian Natural Resources Magazine. 70(3(: 820-805. (In Persian)
  15. Rahaman, S.A., Ajeez, S.A., Aruchamy, S., & Jegankumar, R. 2015. Using Fuzzy Analytical Hierarchy Process and Geographical Information System – A Study of Kallar Watershed, Tamil Nadu. Modeling Earth Systems and Environment, 3(1): 1-9.
  16. Ranjbar, H.R., Gharehhassanloo, S. 2020. Modeling and Estimating the Potential of Runoff Using SCS Approach in GIS context (Case Study: Shahed Shahriar City). Journal of Environmental Sciences Studies (JESS). 5(4): 3002-3011.(In Persian)
  17. Rauf, M., Hatami, R. 2016. The effect of the construction of industrial towns on the shape of the production hydrograph and the amount of peak flood discharge (case study: phase 2 of Ardabil Industrial Town), the second national hydrology conference of Iran, Shahrekord University, Shahrekord University, Iran Hydrology Association. (In Persian)
  18. Shanani Huizeh, S. M., Zarei, H., Ramezani, H. 2015. Investigating the effect of land use changes on flood hydrograph (case study: Abu Al-Aeb watershed, Irrigation Sciences and Engineering, 40(1):219-229. (In Persian)
  19. Shokohian, M., Ghaibi, M., Reza, Haririyan, J. 2016. Flood hydraulic modeling and forecasting using integrated GIS and WMS models (case study of South Khorasan Khosuf region), the second international conference on civil architecture and urban planning at the beginning of the third millennium, Tehran. (In Persian)
  20. Sanyal J, Denmore A L, carboneau p. 2014. Analyzing the effect of land-use/cover changes at sub-catchment levels on downstream flood peaks: A semi-distributed modelling approach with sparse data. Catena, 118: 28-40.