پس از بررسی روابط تجربی برآورد رواناب و مقایسه نتایج حاصله از مدل های تجربی با مقادیر اندازه گیری شده توسط ایستگاه آب سنجی موجود در حوضه، در اكثر حوزه ها روش های دپارتمان آبیاری هند، دهلی، کوتاین و جاستین نتایج دقیق تری می دهند.
کلمات کلیدی: دریاچه بختگان، روابط تجربی، رواناب
فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
رواناب سطحی به آن قسمت از بارندگی اطلاق میگردد که در روی زمین به طرف آبراههها، دریاچهها یا دریاها به جریان میافتد. طراحی کانالها یا سازههایی که بتوانند جریانهای آب سطحی را از خود عبور دهند، مستلزم تعیین حداکثر دبی رواناب، حجم رواناب، حجم آب جاری شده و نیز توزیع زمانی دبی آب است. عوامل موثر بر رواناب را می توان به عوامل مربوط به بارندگی و عوامل مربوط به حوضه آبخیز تقسیم نمود. عوامل بارندگی عبارتند از: مدت بارندگی و شدت توزیع بارندگی. عوامل حوضه آبخیز عبارتند از: اندازه و شکل حوضه، جهت حوضه، پستی و بلندی، وضعیت زمین شناسی و پوشش گیاهی سطح حوضه.
برآورد و تعیین مشخصات رواناب حوضه های آبخیز علاوه بر اینكه امكان استفاده بهینه از منابع آب و برنامه ریزی برای كارهای آبخیزداری در آینده را می دهد، در طراحی سازه های آبی كه بر روی رودخانه ها و مجاری طبیعی احداث می شوند، از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. بنابراین برآورد دقیق آن حائز اهمیت خاصی است. ولی اشكال اساسی ناشی از فقدان آمار كافی و نتیجتاً اشكال در ارزیابی مقدار آن
می باشد. از روش های تعیین مشخصات رواناب حوضه می توان به روش های تجربی اشاره نمود كه در عین سادگی از دقت نسبتاً مناسبی نیز برخوردار هستند. هدف از انجام این تحقیق به كار بستن مدل های تجربی متعدد و انتخاب روش مناسب برآورد رواناب سالانه رودخانه ها و آبراهه ها در یک حوضه آبخیز منتخب واقع در منطقه ای با اقلیم نیمه خشك می باشد. بعلاوه این روش می تواند برای محاسبه رواناب حوضه های آبخیز مجاور با شرایط اقلیمی مشابه مورد استفاده قرار گیرد. البته كاربرد چنین فرمولهایی بدون توجه به شرایط خاص منطقه ای از قبیل آب و هوا، ابعاد، فیزیوگرافی، مرفولوژی و غیره خالی از اشكال نخواهد بود. لذا ابتدا باید مطالعات مرتبط به طور كامل انجام شده، سپس با بهره گرفتن از نتایج حاصله مدلهای تجربی قابل كاربرد در این مناطق را برگزید. ضمنا برای استفاده از فرمول های تجربی بایستی از ضرایب خاصی استفاده شود كه در اكثر موارد تعیین آنها مشكل و به قضاوتهای علمی و تجربه مطالعات صحرایی ارتباط پیدا می كند. در نتیجه جهت دستیابی به نتایج دقیق تر انجام بازدیدهای صحرایی اجتناب ناپذیر خواهد بود.
1-2- فرضیه ها
1- روابط تجربی برآورد رواناب قابل کاربرد در حوزه آبخیز بختگان می باشد.
2- با افزایش مساحت دقتهای روش های مختلف با یکدیگر فرق می کنند.
3- رابطه انتخاب شده برای حوزه های فاقد آمار قابل استفاده می باشد.
1-3- مواد و روش ها
ابتدا مطالعه سوابق طرح و سپس کار روی موضوع اصلی پایان نامه مورد نظر می باشد.
استفاده از مدل های تجربی به منظور برآورد رواناب سالانه در حوضه های آبخیز مناطق خشك و نیمه خشك كه عمدتاً فاقد ایستگاه های آبسنجی می باشد از دیرباز در مطالعات هیدرولوژی مورد توصیه قرار گرفته است. البته كارایی ومناسبت این روش ها در مناطق جغرافیایی مختلف منوط به دستیابی به اطلاعات مورد نیاز و آزمون های مربوطه میباشد.
بدین منظور پس از تعیین موقعیت و مشخصات منطقه مورد مطالعه که شامل حوزه آبخیز بختگان استان فارس می باشد. مطالعات کتابخانهای، تهیه نقشههای مورد نیاز، بازدید از ایستگاههای هیدرومتری و کنترل میزان دقت ثبت داده ها اقدام به جمع آوری داده های مورد نیاز نموده و کیفیت آنها با آزمون های مختلف بررسی شده و داده های پرت از فرایند تحقیق حذف می شوند. سپس یک دوره اماری مشترک تعیین شده و نقایص آماری در طی این دوره توسط نرم افزارهای SPSS و Excel بازسازی میگردند. سپس نسبت به بکارگیری روابط تجربی انتخاب شده (كتاین، انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان، جاستین، سازمان جهانی هواشناسی، دپارتمان آبیاری هندوستان، خوزلا و دو روش در زیر حوزه های هند) به برآورد رواناب اقدام می گردد. مدلها با بهره گرفتن از روش های ارزیابی (متوسط اختلاف، بیاس[1] و جذر میانگین مربع خطا) با یكدیگر و داده های مشاهداتی مقایسه میگردند. بعد از آنالیز نتایج حاصل از مدلها بهترین مدل با توجه به خطای ایجاد شده به وسیله هر مدل در حوزه آبخیز بختگان انتخاب می شود.
1– بررسی منابع
2- جمع آوری اطلاعات و آمار دبی روزانه، بارش روزانه، نقشههای رقومی زیر حوزه ها، توپوگرافی و آبراهه ها
3- انتخاب ایستگاههای مناسب از لحاظ پراكنش جغرافیائی و مناسب بودن آمار .
4- استخراج دبی متوسط سالیانه در هر ایستگاه
5- انتخاب طول دوره آماری مناسب و باز سازی نواقص آماری.
6- استخراج خصوصیات فیزیوگرافی و اقلیمی جهت برآورد رواناب
7- بکارگیری روابط تجربی (كتاین، انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان، جاستین، سازمان جهانی هواشناسی، دپارتمان آبیاری هندوستان، خوزلا و دو روش در زیر حوزه در هند) برای برآورد رواناب
8- مقایسه رواناب مشاهداتی و برآوردی
9- انتخاب روابط تجربی مناسب با بهره گرفتن از معیارهای ارزیابی در حوزه آبخیز بختگان
10- بحث و نتیجه گیری
1-4- اهداف تحقیق
در این تحقیق نتایج حاصله از مدلهای تجربی با مقادیر اندازه گیری شده توسط ایستگاههای آب سنجی موجود در حوضه، 8 روش تجربی برآورد رواناب از جمله كتاین، انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان، جاستین، سازمان جهانی هواشناسی، دپارتمان آبیاری هندوستان، خوزلا و دو روش در زیر حوزه هائی در هند در حوزه آبخیز بختگان واقع در استان فارس مورد ارزیابی قرار می گیرد.
- بررسی روابط تجربی برآورد رواناب در حوزه آبخیز بختگان
- ارزیابی روابط تجربی برآورد رواناب و انتخاب مناسب ترین روش
- ارائه روش مناسب جهت برآورد رواناب در حوزه های آبخیز فاقد آمار با شرایط مشابه حوزه دارای آمار
فصل دوم
بررسی منابع
2-1- مطالعات انجام شده در ایران
فتح زاده (1378) در روش جدید برآورد بیلان آبی در مناطق خشک از طریق تغییر در نحوه کاربری فرمول های تجربی به این نتیجه رسید که رواناب
برآورد شده از طریق فرمولهای تورک شبکه ای و تورک نواری بیشترین مقدار نزدیکی با مقدار رواناب مشاهده شده ای از ایستگاه هیدرومتری را دارند و کاربرد فرمولهای کلاسیک تورک و کوتاین در مناطق خشک خطاهای بزرگی را به دنبال خواهد داشت.
كلانتری و بذرافکن(1382) روش های تجربی برآورد رواناب سالانه را در حوضه آبخیز رود زرد بررسی کردند. در این تحقیق روش های تجربی برآورد رواناب كه شامل روش كتاین، انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان ، جاستین و روش مقایسهای است، در حوضه رود زرد مورد بررسی قرار گرفت و با اعمال ضرایب جداگانه، روش های مذكور كالیبره شده اند و جهت برآورد رواناب سالانه مورد استفاده قرار گرفت.
مهدوی و آذرخشی(1383) در تعیین مدل بیلان آبی مناسب ماهانه در حوزه های آبخیز کوچک کشور(استان آذربایجان شرقی و شمال خراسان) به این نتیجه رسیدند که مدل بیلان آبی ماهانه در بیش از 70 درصد موارد به خوبی میتواند رواناب ماهانه را شبیه سازی کند. این نتیجه با سایر نتایج به دست آمده در سایر نقاط جهان قابل مقایسه است و تایید می کند که یکی از روش های مناسب برای بازسازی آمار مدلهای بیلان آبی ماهانه هستند.
داوودی راد(1385) روابط تجربی برآورد ارتفاع رواناب را در حوزه آبخیز دریاچه نمک ارزیابی نمود. در این تحقیق کارایی روابط تجربی تورک، کوتاین، ایکار، جاستین، خوزلا و لسی تعیین شد. نتایج این تحقیق نشان داد که روش های ایکار، کوتاین، جاستین و تورک به ترتیب از صحت بیشتری برخور دارند و با افزایش مساحت از دقت روش ایکار کاسته و در مساحتهای زیاد روش لسی دقت بیشتری دارد.
اکبر پور و همکاران (1385) در به کارگیری روابط تجربی در تخمین رواناب سالیانه رودخانه ها در مناطق خشک و نیمه خشک به این نتیجه دست یافتند که رابطه لیسی از قابلیت بهتری در تخمین رواناب سالیانه برخوردار میباشد این نتیجه همچنین می تواند موید این مطلب باشد که در مناطق خشک و نیمه خشک بارشهایی با شدت زیاد و تداوم کوتاه باعث طغیان رودخانه ها می شوند که این عامل در رابطه لیسی به خوبی لحاظ شده است.
شاهی نژاد و همکاران (1385) روش های تجربی رواناب را در حوضه آبخیز كوثر مقایسه کردند. در این تحقیق روابط تجربی موجود از جمله ایكار، جاستین، تورك، كوتاین و لیسی مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت و در نهایت روش لیسی به عنوان مناسبترین روش محاسبه ضریب رواناب انتخاب گردید.
گلپایگانی و همکاران (1386) ارتفاع و دبی اوج رواناب در دوره بازگشت های مختلف برای حوزه آبخیز بالاده سعید آباد از زیر حوزه های آبخیز تجن را با بهره گرفتن از روش های استدلالی و شماره منحنی برآورد کردند. مقادیر برآورد شده با روش شماره منحنی در مقایسه با مقادیر به دست آمده با روش استدلالی كمتر است كه علت اصلی آن تاثیر نگهداشت اولیه، كه در روش شماره منحنی به آن توجه می شود، بود. این كاهش در دوره بازگشتهای پایین 2 و 5 و 10 و 25 ساله چشمگیرتر از دوره بازگشتهای بالا 50 و 100 سال بود.
شاه محمدی حیدری و پنجکه (1387) روابط تجربی تخمین هرز آب سالانه در حوضههای آبخیز دشت خوزستان را واسنجی کردند و به این نتیجه رسیدند که ضرایب روش جاستین 63/0، روش موسسه علوم زراعی هندوستان67/4 و کتاین 06/2 میباشد. بدین ترتیب در سطح اعتماد 90درصد هر سه روش و در سطح اعتماد 95 درصد روش موسسه علوم زراعی هندوستان جهت استفاده توصیه گردید.
عبدی و همکاران (1388) مناسبترین روش تجربی برآورد رواناب سالانه در حوزه آبخیز سانیج واقع در استان یزد را تعیین کردند. نتایج حاصل از آزمون روش های مختلف برآورد رواناب در مناطق خشك كه تحت تاثیر خشكسالی میباشد نشان داد روش خوزلا مناسبترین روش برآورد رواناب میباشد.
غفرانی (1388) كاربرد مدلهای تجربی به منظور محاسبه رواناب را در حوزه آبخیز رودخانه زهره بررسی کردند. به منظور بدست آوردن رواناب، به تفكیک كوه و دشت هر محدوده مدلهای مختلف تجربی بكار گرفته شد و از میان آنها مدل تجربی جاستین انتخاب گردید.
احمدی و همکاران (1389) در تعیین مناسب ترین روش تجربی برآورد رواناب سالانه در حوزه های فاقد آمار غرب گلستان در حوزه آبخیز وطنا به این نتیجه رسیدند که مقادیر حجم رواناب سالانه محاسبه شده در هر یک از روش های تجربی با مقادیر اندازه گیری شده در نقطه خروجی حوزه تفاوت زیاد بین روش کوتاین و لانگبین اصلاح شده با مقدار اندازه گیری شده میباشد در حالی که مقادیر محاسبه شده از روش تورک نتایج بهتری را نسبت به سایر روش ها نشان میدهد.
فتحزاده و همکاران (1389) مناسب ترین روش برآورد رواناب سالانه در مناطق خشک و نیمه خشک استان یزد را تعیین کردند و نتیجه بدست آمده نشان داد که رابطه سازمان هواشناسی جهانی به دلیل داشتن بیشترین همبستگی با رواناب مشاهده شده مناسب ترین روش میباشد. بنابراین میتوان از این روش جهت محاسبه روش رواناب در مناطق خشک ونیمه خشک استفاده کرد.
اسمعلی و سمیعی (1390) روش های تجربی برآورد رواناب را در حوزه آبخیز تنگ خسویه در استان فارس ارزیابی نمودند. در این تحقیق 6 روش تجربی برآورد رواناب از جمله كتاین، انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان، جاستین، سازمان جهانی هواشناسی، دپارتمان آبیاری هندوستان محاسبه گردید. پس از بررسی روابط تجربی برآورد رواناب و مقایسه نتایج حاصله از مدلهای تجربی با مقادیر اندازه گیری شده توسط ایستگاه آب سنجی موجود در حوضه، روش پیشنهاد شده توسط انجمن تحقیقات کشاورزی هندوستان جهت برآورد رواناب سالانه در حوضه مزبور مناسبتر تشخیص داده شد.
اسدی و سمیعی(1390) روش های تجربی برآورد رواناب را در حوزه آبخیز بند بهمن در استان فارس ارزیابی نمودند. در این تحقیق 6 روش تجربی برآورد رواناب از جمله كتاین، موسسه زراعی هند[2]، جاستین، سازمان جهانی هواشناسی، دپارتمان آبیاری هندوستان و خوزلا محاسبه گردید.
پس از بررسی روابط تجربی برآورد رواناب و مقایسه نتایج حاصله از مدلهای تجربی با مقادیر اندازه گیری شده توسط ایستگاه آبسنجی موجود در حوضه، روش پیشنهاد شده توسط موسسه زراعی هند جهت برآورد رواناب سالانه در حوضه مزبور مناسبتر تشخیص داده شد.
2-2- مطالعات انجام شده در خارج از کشور
تعداد مطالعات انجام شده در خصوص ارزیابی روابط تجربی در خارج از کشور محدود میباشد و گاهاً محدود به منطقه مورد مطالعه میباشد، با اینحال در ذیل مطالعاتی که در خصوص برآورد رواناب صورت پذیرفته ذکر می گردد. جاستین تحقیقات گستردهای برروی رابطه بین میزان بارندگی و رواناب سالانه، تعداد زیادی حوضه آبخیز در شرایط آب و هوایی مختلف بعمل آورده و نتایج خود را به صورت فرمول عمومی ارائه نمود (وارشنی[3]،1979).
انجمن تحقیقات كشاورزی هندوستان[4] براساس نتایچ بدست آمده از بررسی میزان رواناب سالانه ١٧ حوضه آبخیز واقع در منطقه نیلگیری رابطهای را ارائه نمود (موتجا[5]، 1986).
لیسی دانشمند هندی بر اساس بررسیهایی كه در چندین حوضه بعمل آورد رابطهای را جهت برآورد رواناب سالانه ارائه نمود(گپتا[6]، 1992).
سازمان هواشناسی جهانی[7] (1994) این روش را در مناطق خشك و بیابانی ایالات متحده امریكا انجام پذیرفته توصیه نمود و بنابر توصیه سازمان هواشناسی جهانی برای سایر مناطق مشابه دنیا قابل استفاده
میباشد. به عبارت دیگر این روش برای مناطقی كه درجه حرارت متوسط ماهانه همواره بالای صفر است كاربرد دارد.
راگونات (1997) به رابطه خوزلا اشاره نمود و چنین نتیجه میگیرد که خوزلا داده های درجه حرارت، بارندگی و رواناب را آنالیز نمود تا یک ارتباط تجربی بین رواناب و بارندگی به دست آورد. این فرمول روی تعداد زیادی از حوضهها در هند آزمایش شد و نتایج خوبی را جهت محاسبه بیلان آب سالانه ارائه نمود.
آرنل[8] (1992) مدلهای موازنه آب ماهانه را با چهار مدل تجربی تحت اقالیم مختلف بررسی کرد و اختلاف بین مدل ها را مقایسه کرد.
میلی[9] (1994) و میلی و ایگسون[10] (1987) نشان دادند که خصوصیات بارندگی نظیر شدت رگبار و فراوانی، بافت خاک، نوع پوشش گیاهی و تراکم پوشش و ژئومورفولوژی، فاکتورهای مهم کنترل کننده تغییرپذیری مکانی رواناب سالیانه می باشند (ولوک و مک کابی، 1999).
فرماندز و پیزارو[12] (1994) برای مدلهایی که یک ورودی را بعنوان ورودی برای میزان بارندگی و رواناب نیاز دارد، متوسط و واریانس ماهانه، ضرایب خود همبستگی و مومنتوم رتبه بالا از سری های واکنش که به بعنوان تابعی از سری های ورودی برآورد می گردد را پیدا کردند.