مدل سازی هیدرولوژیکی

تغییر در الگوهای استفاده از اراضی، تخریب جنگل ها، سیستم ناکارآمد مدیریت سد ها و رودخانه ها باعث افزایش درصد آسیب پذیری سیل و سیلاب می شود. روش پژوهش حاضر، با توجه به ماهیت مسئله و موضوع موردبررسی، از نوع توصیفی - تحلیلی و مطالعات کاربردی با تأکید بر روش های کمی است. در این تحقیق به بررسی وقوع سیلاب تحت شرایط تغییرات اقلیمی و ارزیابی خطرات احتمالی آن و پهنه بندی، ابعاد و پیامدهای زیان بار آن پرداخته شده است. همچنین تغییرات منطقه ای سیلاب در حوضه آبخیز گرگانرود با کارگیری اطلاعات ایستگاه های سازمان هواشناسی (سینوپتیک) با دوره ﺁماری 30 ساله (1368 تا 1397)، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، شاخص رطوبت توپوگرافیک، شیب، ارتفاع، لیتولوژی زمین، فاصله از رودخانه، تراکم رودخانه، فرسایش، خاکشناسی، رواناب، داده های شبیه سازی شده میانگین بارندگی حاصل از مدل HadCM3 در LARS-WG تحت سناریو SRA1B بین سال های 2011 تا 2045 برﺁورد شده است. در این تحقیق از دو روش متفاوت برای ارزیابی خطر سیل استفاده شد: یعنی در روش اول از مدل  LARS-WG برای ریز مقیاس نمائی جهت پیش بینی اقلیم آینده (نزدیک و دور) و در روش دوم از مدل هیدرولوژیکی SWAT. با توجه به درصد خطرات احتمالی در حوزه آبریز گرگانرود در محیط نرم افزار GIS با استفاده از افزونه SWAT پهنه بندی گردید. در این پژوهش بر اساس مدل SWAT مقادیر بارش روزانه و دمای روزانه ایستگاه های سینوپتیک واسنجی گردید. نتایج حاصل از این رویکرد نشان داد مداخله انسان در جریان های اصلی، پراکندگی شهری و روستایی، ایجاد آب بندان و تخریب مراتع و آسیب به جنگل ها از اصلی ترین عواملی است که در ایجاد سیلاب های ناگهانی در منطقه مؤثر بوده است. این رویکرد یکپارچه، ضرورت ارزیابی و اعتبارسنجی مداوم مدل های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی را در حوضه گرگانرود و جریان های زودگذر آشکار کرد. نتایج تحقیق نشان داد که مناطق بسیار خطرناک سیل در نزدیکی شبکه زهکشی یافت شده است. همچنین عوامل تأثیرگذار مهم در معرض خطر سیلاب به ترتیب شامل انباشت جریان، ارتفاع و نفوذ آب خاک (همان وزن)، فاصله از شبکه زهکشی، متوسط باران سالیانه، تراکم زهکشی، کاربری زمین و شیب بوده است که موجب پاسخ های هیدرولوژیکی متفاوت به رخداد بارش در حوضه های مختلف منطقه شده و این امر بر ایجاد و ویژگی های سیلاب ناگهانی تأثیرگذار بوده است.

یکی از راهکارهای مهم مدیریت اصولی و صحیح آب و خاک در حوضه های آبریز، استفاده از مدل های هیدرولوژیکی در شبیه سازی فرآیند های بارش-رواناب است که تخمین و پیش بینی مولفه های بیلان آبی از جمله رواناب، تبخیر و تعرق و نفوذ را خصوصاً در حوضه های فاقد آمار یا دارای آمار ناقص امکان پذیر می کند. در این پژوهش بیلان آبی حوضه آبریز اوجان چای در طی دوره 20 ساله (2002- 2021) با استفاده از مدل نیمه توزیعیSWAT   و مدل یکپارچه SMAR  شبیه سازی شد. در مدل SWAT از الگوریتم SUFI-2 و در مدل SMAR  از بهینه ساز الگوریتم ژنتیک، جهت واسنجی (2005 تا 2016) و اعتبار سنجی (2017تا 2021) بهره گرفته شد. نتایج شبیه سازیSWAT در مرحله واسنجی با توابع هدف ضرایب نش ساتکلیف (NSE) و RSR به ترتیب برابر با 80/0، 81/0 و 45/0 و برای اعتبار سنجی به ترتیب 74/0، 75/0 و 51/ 0 به دست آمد که نشان دهنده کارایی بالای مدل در شبیه سازی بیلان آبی حوضه آبریز است و در روش SMAR ضرایب نش ساتکلیف (NSE)، در واسنجی 60/0 ، 56/0 و در اعتبارسنجی 625/0، 67/0 بدست آمد. هر دوی این روش ها در شبیه سازی دبی های پایه و متوسط  نسبت به دبی های حداکثری عملکرد بهتری دارند ولی با این حال تطابق دبی شبیه سازی شده با دبی مشاهداتی در مدل SWAT نسبت به SMAR برتری دارد که علت آن درنظر گرفتن تغییرات مکانی در این نوع از مدل ها است. لذا با توجه به نتایج خیلی خوب کارایی مدلها، پیشنهاد می شود از آن دراقدامات حفاظتی حوضه ها و  مدیریت آب و خاک استفاده شود.