آمار
| تعداد نشریات | 14 |
| تعداد شماره‌ها | 688 |
| تعداد مقالات | 7,127 |
| تعداد مشاهده مقاله | 11,301,526 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 10,261,537 |
ارزیابی عملکرد مدل‌های هیدرولوژی FLEX-L و FLEX-Topo در شبیه‌سازی رواناب سطحی حوزه آبخیز لسی تمر | ||
| مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 مهر 1405 | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2026.24294.3832 | ||
| نویسندگان | ||
| نجمه گنجی1؛ محسن حسینعلی زاده* 2؛ عبدالرضا بهره‌مند3؛ چوقی بایرام کمکی4؛ مجید اونق5 | ||
| 1گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. | ||
| 2عضو هیات علمی گروه مدیریت مناطق بیابانی | ||
| 3گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. | ||
| 4گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. | ||
| 5گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: شبیه‌سازی دقیق رواناب سطحی در نهشته‌های لسی، به‌ویژه در مقیاس حوزههای آبخیز مانند حوزه آبخیز لسی تمر، نقش مهمی در مدیریت منابع آب، کاهش خطر سیلاب، کنترل فرسایش، حفاظت از خاک و بهبود برنامه‌ریزی محیطی دارد و مبنای تصمیم‌گیری‌های علمی، اجرایی و مدیریتی محسوب می‌شود. در سال‌های اخیر، استفاده از مدل‌های هیدرولوژی مفهومی و نیمه‌توزیعی به‌عنوان رویکردی کارآمد برای درک بهتر پاسخ هیدرولوژی این‌گونه حوزههای آبخیز و تحلیل تعامل پیچیده عوامل اقلیمی، زمین‌شناسی و توپوگرافی مورد توجه ویژه پژوهشگران قرار گرفته است. در این راستا، ارزیابی عملکرد مدل‌های FLEX-L و FLEX-Topo که به ترتیب نماینده یک ساختار یکپارچه و یک ساختار مبتنی بر ناهمگنی‌های توپوگرافی هستند، از اهمیت بالایی برخوردار است. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی عملکرد مدل‌های هیدرولوژی FLEX-L و FLEX-Topo در شبیه‌سازی رواناب سطحی حوزه آبخیز لسی تمر انجام شد تا ضمن مقایسه توانایی این دو مدل، میزان کارایی آن‌ها در بازنمایی فرآیندهای حاکم بر رواناب، انتقال آب، نفوذ و ذخیره رواناب در محیط‌های لسی مشخص شود. همچنین، هر دو مدل با استفاده از ساختار مفهومی ویژه خود برای شبیه‌سازی پاسخ هیدرولوژی حوزه و تحلیل دقیق رفتار جریان‌های سطحی و زیرسطحی به‌کار گرفته شدند، به‌گونه‌ای که نقش ناهمگنی‌های فضایی، ویژگی‌های توپوگرافی و تفاوت‌های هیدرودینامیکی خاک‌ها به‌صورت مؤثر و واقع‌بینانه در نظر گرفته شده است. مواد و روش‌ها: مواد و روش‌ها: برای شبیه‌سازی فرآیند بارش–رواناب در حوزه آبخیز لسی تمر، داده‌های اقلیمی و هیدرومتری شامل بارش، دما و دبی روزانه گردآوری شد تا رفتار هیدرولوژی حوضه به‌صورت دقیق تحلیل شود و مبنایی مناسب برای مدل‌سازی فراهم گردد. همچنین، لایه‌های مکانی شامل مدل رقومی ارتفاع (DEM)، شیب، شبکه آبراهه‌ها، کاربری اراضی و شاخص HAND برای تفکیک چشم‌اندازها و آماده‌سازی ورودی‌های مدل مورداستفاده قرار گرفتند. در این مطالعه از دو مدل مفهومی خانواده FLEX شامل FLEX-L و FLEX-Topo بهره گرفته شد. مدل‌های خانواده FLEX به دلیل ساختار انعطاف‌پذیر و مفهومی خود، امکان شبیه‌سازی و تحلیل رفتارهای مختلف هیدرولوژی را در مقیاس‌های مکانی و زمانی متفاوت فراهم می‌کنند و قابلیت مدل‌سازی فرآیندهای پیچیده بارش–رواناب در حوزههای متنوع را دارند. مدل FLEX-L یک مدل یکپارچه است که کل حوضه را به‌عنوان یک واحد در نظر می‌گیرد و از داده‌های ارتفاعی استفاده نمی‌کند، درحالی‌که مدل FLEX-Topo نیمه‌توزیعی بوده و به‌صورت صریح از اطلاعات توپوگرافی بهره می‌برد و شامل چهار جزء موازی برای بازنمایی عملکرد هیدرولوژی عناصر مختلف چشم‌انداز است. شبیه‌سازی رواناب روزانه خروجی حوضه برای یک دوره ده‌ساله (2013–2023) با هر دو مدل انجام شد. هر دو مدل ترکیبی از مخازن (reservoirs)، توابع تأخیری (lag functions) و عناصر ارتباطی (connection elements) هستند که به‌گونه‌ای انعطاف‌پذیر به یکدیگر متصل شده‌اند تا فرآیندهای مختلف هیدرولوژی، شامل جریان سطحی و زیرسطحی، نفوذ و ذخیره رواناب را شبیه‌سازی کنند. ساختار این مدل‌ها با استفاده از چارچوب مدل‌سازی SUPERFLEX توسعه یافت و کدنویسی و اجرای آن‌ها در محیط Python انجام شد تا امکان تحلیل دقیق‌تر و کنترل بیشتر بر اجزای مدل فراهم شود. برای ارزیابی دقت شبیه‌سازی رواناب خروجی، از دو شاخص آماری معتبر ضریب نش–ساتکلیف (NSE) و شاخص کلینگ–گوپتا (KGE) استفاده گردید. این شاخص‌ها میزان انطباق شبیه‌سازی‌ها با داده‌های مشاهداتی را مشخص کرده و معیار جامعی برای مقایسه عملکرد دو مدل و تحلیل قابلیت اطمینان آن‌ها در بازتولید فرآیندهای هیدرولوژی حوزه ارائه کردند. یافته‌ها: مقایسه شاخص‌های ارزیابی عملکرد دو مدل نشان داد که مدل FLEX-Topo نسبت به FLEX-L دقت بالاتری در شبیه‌سازی رواناب دارد. مقدار NSE برای FLEX-L برابر 62/0 و برای FLEX-Topo برابر 69/0، KGE مقدار به‌ترتیب 67/0 و 72/0 و RMSE به‌ترتیب 9/2 و 8/1 به‌دست آمد که همگی حاکی از برتری مدل FLEX-Topo در بازتولید جریان و کاهش خطا نسبت به داده‌های مشاهداتی هستند. از منظر رفتاری، مدل FLEX-L اگرچه توانسته است روند کلی تغییرات جریان را به‌خوبی شبیه‌سازی کند، اما در برخی روزهای اوج رواناب، مقدار جریان شبیه‌سازی‌شده کمتر از مقادیر مشاهده‌شده بوده است. در مقابل، مدل FLEX-Topo با بهره‌گیری از اطلاعات توپوگرافی و تقسیم‌بندی حوزه به واحدهای چشم‌انداز هیدرولوژی، توانست الگوهای مکانی تولید رواناب و ناهمگنی‌های فضایی فرآیندهای هیدرولوژی را با دقت بیشتری بازنمایی کند. این مدل در اغلب روزهای با بارش زیاد، روانابی نزدیک‌تر به مقادیر واقعی شبیه‌سازی کرده و عملکرد دقیق‌تری از خود نشان داده است. همچنین، تحلیل پراکنش یک‌به‌یک جریان مشاهده‌شده و شبیه‌سازی‌شده نشان می‌دهد که در مدل FLEX-Topo، نقاط داده تمرکز بیشتری پیرامون خط برابری (1:1) دارند؛ به‌گونه‌ای که تطابق بین جریان‌های مشاهده‌شده و شبیه‌سازی‌شده در این مدل بیشتر است. در مدل FLEX-L پراکندگی نقاط، بیشتر و نقاط داده، تمرکز کم‌تری پیرامون خط برابری (1:1) دارند که بیانگر حساسیت کمتر این مدل به ناهمگنی‌های مکانی است. این نتایج تأیید می‌کنند که در نظر گرفتن ویژگی‌های توپوگرافی و ساختار چشم‌انداز در مدل FLEX-Topo نقش مهمی در بهبود شبیه‌سازی رواناب در حوزه آبخیز لسی تمر دارد. نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش بیانگر آن است که هر دو مدل FLEX-L و FLEX-Topo از کارایی قابل‌قبول در شبیه‌سازی رواناب سطحی حوزه آبخیز لسی تمر برخوردار بوده و قادرند الگوی کلی جریان و تغییرات زمانی آن را با دقت قابل‌قبول بازنمایی کنند. با این وجود، مدل FLEX-Topo به دلیل تفکیک حوزه به واحدهای همگن هیدرولوژی و لحاظ ناهمگنی‌های فضایی، عملکردی دقیق‌تر و قابل‌اطمینان‌تر نسبت به مدل FLEX-L از خود نشان داد. درحالی‌که FLEX-L روند کلی جریان را بازنمایی می‌کند، اما به دلیل ساختار ساده و عدم توجه کافی به ناهمگنی‌های مکانی در شبیه‌سازی دبی‌های اوج محدودیت دارد. در مدل FLEX-Topo، چشم‌اندازهای مختلف بر اساس فرآیندهای غالب هیدرولوژی، مانند رواناب سطحی در دامنه‌های شیب‌دار، جریان زیرسطحی در دشت‌های جنگلی و مرتعی و رواناب اشباع‌شده در مناطق پست، شناسایی و شبیه‌سازی شدند. به‌طورکلی، مدل FLEX-Topo به‌عنوان گزینه‌ای مناسب‌تر و قابل‌اعتمادتر برای تحلیل‌های هیدرولوژی در حوزه آبخیز لسی تمر معرفی می‌شود؛ با این‌حال، بهینه‌سازی پارامترها در هر دو مدل همچنان می‌تواند نقش مهمی در ارتقاء دقت و کاهش عدم‌قطعیت شبیه‌سازی‌ها ایفا کند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| بارش؛ رواناب؛ لس؛ مدل مفهومی؛ توپوگرافی | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 0 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب