شبیه‌سازی جریان روزانه در حوضه‌های کوهستانی مناطق نیمه‌خشک با استفاده از برنامـه شبیه‌سازی هیدرولوژیکی فورترن (HSPF)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه سمنان، ایران.

2 استاد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران.

3 استاد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، ایران.

چکیده

برنامه شبیه‌سازی هیدرولوژیکی فورترن (HSPF) قدمت دیرینه‌ای در مدل‌سازی حوزه آبخیز دارد و در دنیا مطالعات زیادی درباره این مدل انجام‌شده است. حوضه حبله‏رود، با مساحتی بالغ‌بر 3200 کیلومترمربع، از زیر حوضه‌های مهمِ‌ حوزه آبریز کویر نمک است که بخش زیادی از آب موردنیاز دشت گرمسار، به‌ویژه در بخش کشاورزی را تأمین می‏کند. مطالعات پیشین درباره هیدرولوژی و منابع آب در این حوضه، در گام زمانی روزانه، بیشتر محاسبه آماره‏های دبی‏های روزانه بوده، بنابراین، شبیه‌سازی دبی‏های روزانه بسیار درخور اهمیت است. در این تحقیق، ضمن برآورد پارامترهای مدل برای پیش‌بینی جریان، به نتایج مدل در شرایط فعلی دسترسی به حداقل داده‌ها و اطلاعات موردنیاز مدل پرداخته می‌شود. به‌طورکلی، نتایج شبیه‌سازی حاکی از آن است که بسته نرم‌افزاری مدل (WinHSPF) به هنگام اجرا، با سیستم متریک، دارای خطای زیادی است و بهتر است سیستم انگلیسی انتخاب شود. همچنین، به ‌دلیل نیازمندیِ مدل به داده‌های سری زمانی ساعتی، جزئیات بیشتر درباره مؤلفه‌های هیدرولوژیکی و سایر اطلاعات زمینی و کمبود اطلاعات و دقت پایین این داده‌ها و نیز خطای خود مدل در برخی موارد، مانند استفاده میانگین پارامتر نفوذ برای قطعه مشخص کاربری اراضی و نبود معیار مشخص در ترسیم زیر حوضه‌ها، با مقادیری که برای ضریب کارایی مدل (77/0 و 18/0) و ضریب رگرسیون (468/0 و 49/0)، به ترتیب در دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی به دست آمد، حاکی از نتایج ضعیف مدل در شبیه‌سازی جریان روزانه است؛ به‌گونه‌ای که مقادیر دبی شبیه‌سازی‌شده در اواخر فصل بهار بیشتر و در تابستان و پاییز کمتر از مقادیر مشاهداتی است. در پایان این پژوهش برای شبیه‌سازی بهتر با این مدل راه‌حل‌هایی ارائه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


 [1] Ackerman, D., Schiff, K.C. and Weisberg, S.B. (2005). Evaluating HSPF in an Arid, Urbanized Watershed, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 41(2): 477-486.
[2] Bicknell, B.R., Imhoff, J.C., Kittle, J.L., Jobes, T.H. and Donigian A.S. (2001). Hydrological Simulstion Program FORTRAN HSPF, Version 12, HSPF User’s Manual, EPA.
[3] Donigian, A.S., Imhoff, J.C., and Bicknell, B.R. (1983). Predicting Water Quality Resulting from Agricultural Nonpoint Source Pollution via Simulation– HSPF In Agricultural Management and Water Quality, 200- F. W. Schaller and G.W. Bailey, eds., Iowa State University Press, Ames, Iowa,200- 249.
[4] Donigian J.A., Brian S., Bicknell, R., and Rosselot, K.S. (2009). Watershed Modeling of Copper Runoff to San Francisco Bay from Brake Pad Wear Debris, Water Environment Federation.
[5] Filoso S., Vallino J., Hopkinson C., Rastetter E. and Claessens L. (2004). Modeling Nitrogen Transport in the Lpswich River Basin, Massachusetts, Using a HSPF, AWRA, 1365-1384.
[6] Flynn, K.M., Hummel, P.R., Lumb, A.M., and Kittle, J.L. (1995). User's Manual for ANNIE, version 2, a Computer Program for Interactive Hydrologic Data Management: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 4085, 211p.
[7] Fontaine, T.A., and Jacomino, V.M.F. (1997). Sensitivity Analysis of Simulated Contaminated Sediment Transport. American Water Resources Association (JAWRA), 33(2), 1458–1467.
[8] Gallagher, M., Doherty, J. (2007). Parameter Estimation and Uncertainty Analysis for a Watershed Model, Environmental Modelling and Software 22: 1000-1020.
[9] Javan, K. (2010). Investigation of Climate Change on Surface Runoff Using HSPF and PRECIS (case study: Gharasou River Basin in Ardabil Province, M.Sc. thesis in civil eng. Tarbiat Modarres University, Iran.
[10] John, T.A., Wiley, J.B. and Katherine, S.P. (2005). Calibration Parameters Used to Simulate Streamflow from Application of the Hydrologic Simulation Program-FORTRAN Model (HSPF) to Mountainous Basins Containing Coal Mines in West Virginia.
[11] Kittle, J.L., Jr., Lumb, A.M., Hummel, P.R., Duda, P.B., and Gray, M.H. (1998). A Tool for the Generation and Analysis of Model Simulation Scenarios for Watersheds (GenScn): U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report: 98-4134, 152 p.
[12] Lumb, A.M., Kittle, J.L. and Flynn, K.M. (1990). User’s Manual for ANNIE, a Computer Program for Interactive Hydrologic Analyses and Data Management: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 4080, 236 p.
[13] Nash, J.E. and Sutcliffe, J.V. (1970). River Flow Forecasting through Conceptual Models, Part I - A discussion of Principles, Hydrology, 10: 282–290.
[14] Nazari, M.A., (2009). Estimation of Snow Melt Runoff Using HSPF, SRM and SWAT (case study: Talar Watershed in Mazandaran Province, M.Sc. thesis in civil eng. Tarbiat Modarres University, Iran.
[15] Senior, L.A. and Edward H.K. (2003). Simulation of Streamflow and Water Quality in the White Clay Creek Subbasin of the Christina River Basin, Pennsylvania and Delaware, 1994-1998, USGS, Water-Resources Investigations Report 3, 4031.
[16] Shenk, G., Wu, J. and Linker, L. (2012). Enhanced HSPF Model Structure for Chesapeake Bay Watershed Simulation.  Environ. Eng., 138(9), 949–957.
[17] Singh, J., Knapp, H.V. and Demissie M. (2008). Hydrologic Modeling of the Iroquois River Watershed Using HSPF and SWAT, project of llinois Department of Natural Resources and the Illinois State Geological Survey.
[18] Staley, N., Bright, T., Zeckoski, R.W., Benham, B.L. and Brannan, K.M. (2006). Comparison of HSPF Outputs Using FTABLES Generated With Field Survey and Digital Data. American Water Resources Association (JAWRA) 42(5):1153-1162.
[19] Ümit, T.M,, Carleton, J.N. and Wellman, M. (2011). Integrated Model Projections of Climate Change Impacts on a North American lake, Ecological Modelling, 222: 3380– 3393.
[20] U.S. Environmental Protection Agency (1999). WDMUtil Version 1.0 (BETA) A tool for managing watershed modeling time-series data user’s manual (DRAFT): U.S. Environmental Protection Agency EPA-823-C-99-001, 120 p.