مدلسازی و تحلیل هیدرواقلیم حوضه آبریز قره قوم در سالهای اخیر با تاکید بر رواناب فصلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.

2 کارشناسی ارشد، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.

10.22034/gmpj.2023.366733.1384

چکیده

تغییرات عناصر اقلیمی بر هیدرولوژی حوضه های آبریز اثرگذار است. ارزیابی روند تغییرات فصلی رواناب در راستای مدیریت حوضه های آبی بویژه در زمان رخداد مخاطرات خشکسالی و سیل اهمیت دارد. در این پژوهش وضعیت هیدرولوژیکی حوضه قره قوم با برآورد رواناب در 14 زیرحوضه آن با استفاده از مدل تجربی سازمان حفاظت خاک امریکا SCS-CN بررسی شد. حداکثر دبی رواناب با استفاده از داده های مدل رقومی ارتفاعی 30 متر، داده های ایستگاهی و شبکه ای دما و بارش برآورد شد. ارزیابی شاخص های فیزیوگرافی حوضه نشان داد که در برخی زیرحوضه ها توانایی تولید رواناب بالا بوده و فصل بهار با 117 میلیمتر بارش در زیر حوضه ی کشف رود با بیشترین مساحت نسبت به سایر زیرحوضه‌ها توانایی تولید دبی اوج تا 2379.3 مترمکعب بر ثانیه را دارد و به طور کلی 88٪ از کل بارش های فصل بهار به رواناب تبدیل می شود . در فصل پاییز به دلیل پوشش گیاهی کمتر و افزایش مقدار بارش ها به 28.9 میلیمتر، گروه هیدرولوژیکی خاک اثر بیشتری نسبت به سایر فصل ها بر تولید رواناب داشته و درنتیجه 63 درصد از بارش های پاییزه به رواناب تبدیل گردید. در فصل زمستان میانگین بارش به 71 میلیمتر رسیده و 82 درصد بارشه ها به رواناب تبدیل شد. به طور کلی گروه هیدرولوژیکی C با نفوذپذیری پایین خاک و مقدار بالای CN باعث پتانسیل تولید رواناب قابل ملاحظه در فصل بهار در این حوضه آبریز شده و مدیریت منابع آب‌های سطحی ، ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and analysis of hydroclimate in the Qareh-Qum Basin in recent years with an emphasis on seasonal runoff

نویسندگان [English]

  • TAYEBEH Akbari Azirani 1
  • Hossein Ghorbani 2
1 Assistant Prof., Dep. of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Department of Physical Geography Faculty of Earth Sciences Shahid Beheshti University
چکیده [English]

Extended Abstract



Introduction

Changes in climatic variables affect the hydrology of basins. Evaluating the trend of seasonal changes in runoff is important in the water management of watersheds, especially when drought and flood hazards occur. This research studied the seasonal changes of Runuff under hydrological characteristics in Gharaghom Catchment located in northeastern Iran.



Methodology

The Gharaghom Catchment is the sixth watershed of the country with 14 dub basins and is located in the northeastern part of Iran with an area of about 43925 square kilometers. The study area is located at latitudes between 36° 07΄ and 37° 41΄ North, and longitudes between 48° 51΄ and 61° 13΄ East on the border of Afghanistan.

In this research, the hydrological status of the Gharaghum basin was investigated by estimating the runoff in its 14 sub-basins using the SCS-CN experimental model of the American Soil Conservation Organization. The maximum runoff flow was estimated using digital model data at a height of 30 meters, precipitation and temperature data of climatic stations, and network data of temperature and precipitation.

Results and Discussion

The assessment of physiographic indicators of the basin showed that in some sub-basins the ability to produce runoff was high and the analysis of the model results in runoff production showed that the spring season with 117 mm of rainfall in the sub-basin of Keshaf Rood with the largest area compared to other sub-basins can produce peak flow. It has up to 2379.3 cubic meters per second, and in general 88% of all spring rains turn into the runoff. The state of the soil hydrological group and permeability, vegetation cover, rainfall, and catchment area create different conditions for the potential of runoff production in different seasons. The summer season, with the lowest average rainfall of 6 mm can produce less runoff than other seasons due to the effects of the basin area. In the autumn season, due to the less vegetation and the increase in the amount of precipitation to 28.9 mm, the soil hydrological group had a greater effect on the runoff production than in other seasons, and as a result, 63% of the autumn precipitation was converted into the runoff. In the winter season, the average rainfall reached 71 mm, and 82% of the rainfall turned into the runoff. Of course, solid precipitations occur in the winter season and their melting at the end increases the ability to produce runoff in the winter.

Conclusion

The evaluation of the physiographic indicators of the basin showed that in some sub-basins the ability to produce runoff is high and the spring season with 117 mm of rain in the sub-basin of Keshafrood with the largest area compared to other sub-basins can produce a peak discharge of up to 2379.3 cubic meters per second, and in general 88% of all spring rains turn into the runoff. In the autumn season, due to the less vegetation and the increase in the amount of precipitation to 28.9 mm, the soil hydrological group had a greater effect on the runoff production than in other seasons, and as a result, 63% of the autumn precipitation was converted into the runoff. In the winter season, the average rainfall reached 71 mm, and 82% of the rainfall turned into runoff. In general, hydrological group C with low soil permeability and a high amount of CN causes significant runoff production potential in the spring season in this watershed and the management of surface water resources is essential.

The lowest rainfall is for the summer season with 6 mm, of which 17% becomes runoff. Vegetation has reached its peak growth in this season and even with the effects of the soil hydrological group, the potential of runoff production is at the lowest possible level.

In autumn, the amount of precipitation increases to 28.9 mm, and also the vegetation is less than in summer. The result of these changes is an increase in the peak discharge so that 63% of this season's rainfall turns into the runoff. Due to vegetation reduction in autumn, the effects of hydrological groups become more visible and increase the potential of runoff production in the sub-basins. The highest peak flow rate in the Kashf Rood sub-basin is estimated to be 396.6 cubic meters per second in the autumn season, and the lowest peak flow rate is estimated to be 26 cubic meters per second in the Sheikh Canal sub-basin. The winter cold turns precipitation into the snow, the vegetation is very weak and the effect of soil hydrological groups is more visible than in other seasons, the average seasonal precipitation reaches 71.7 mm. This causes the peak discharge to increase and the limiting factor of runoff production is precipitation in solid form. In the Gharaghom catchment area, snowmelt occurs at the end of the winter season, and due to the effect of other mentioned factors, 82% of the precipitation is converted into runoff and increasing the ability to produce runoff in the winter season. Therefore, based on the seasonal difference of runoff in the Gharaghom catchment and the significant amount of the peak discharge, the need to manage the flood risk in this basin seems necessary. Protecting the areas of the sub-basin, taking into account the existing hydrological situation, can prevent the wastage of surface runoff, and manage the runoff, It can lead to an increase in artificial nutrition with the penetration of runoff into the ground.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Runoff height
  • Gharaghom basin
  • SCS-CN method
  • Hydrological group
  • HEC-GeoHMS
اکبری ازیرانی، ط.، قربانی، ح.، قلی پور، ج.، 1401. تحلیل روند و آشکارسازی تغییرات فصلی متغیرهای اقلیمی دما و بارش در محدوده کوهستانی حوضه آبریز قره قوم. مطالعات جغرافیایی مناطق کوهستانی، دوره ۳ (شماره ۱) فصل بهار، ص۱۶۰-۱۴۱
ایزدی، س.، شامحمدی، ش.، 1401. ارزیابی مدل بارش-رواناب-نگهداشت (3RM) در حوزه‌های آبخیز کسیلیان و درجزین. مدیریت آب و آبیاری 12(2)، 309-325.
باباییان، ای.، ضرغامی، م.، کوهی، م.، و باباییان، ام.، کریمیان، م.،  مدیریان، ر.، 1392. بررسی رفتار منابع آب حوضه قره‌قوم  تحت شرایط تغییر اقلیم (مطالعه موردی: زیر حوضه درگز). آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 27(5), 907-918.
بهرامی،، ش، ایمنی، پ، 2019. ارزیابی چند مدل تجربی در برآورد رواناب سالیانه مطالعة موردی: حوضة حصارک در شمال غرب تهرانجغرافیا و برنامه ریزی محیطی 30 (2)، 74-55.
پریسایی، ش.، واحدبردی، ب.، چوقی، ‌ب.، کمکی، خ.، 1398. مقایسه روش‌های مختلف برآوردکردن روان‌آب سطحی ماهانه مبتنی بر شماره‌ی منحنی ماهانهپژوهش های آبخیزداری 32(3)، 78-94.
پور علی مهدی، صالح پورج  امین ، زکی زاده حمیدرضا ،(1395) ، بررسی میزان تغییرات ضریب کشیدگی شیوم در حوضه سد لتیان ، اولین کنفرانس بین المللی آب ، محیط زیست و توسعه پایدار ، گروه مهندسی عمران ، دانشکده فنی ، دانشگاه محقق اردبیلی ، 6تا 8 مهر 1395.
حجازی، اسداله، مزبانی، مهدی، 1394. برآورد مقادیر ارتفاع و دبی حداکثر رواناب با استفاده از روش شماره‌ی منحنی (CN) (مطالعه‌ی موردی: حوضه‌ی آبریز سراب دره‌شهر)، هیدروژئومورفولوژی، دوره 2 (شماره5)، ص 81-63.
حسین‌زاده، محمد مهدی، 1391. برآورد ارتفاع و دبی اوج رواناب در وقوع فرسایش آبراهه‌ای در منطقه کجور نوشهر–البرز شمالیمجله پژوهش‌های فرسایش محیطی 2(3)، 15-1.
 حسین زاده، محمد مهدی، نوروزی طیولا رعنا، 1396. برآورد ارتفاع رواناب با استفاده از روش شماره منحنی و ابزار Arc CN-Runoff (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کشار، تهران).
رضائی مقدم، محمد حسین، حجازی، اسدالله، ولیزاده کامران، خلیل، رحیم پور، توحید،1399. بررسی حساسیت سیل‌خیزی حوضه‌های آبریز با استفاده از شاخص‌های هیدروژئومورفیک (مطالعه موردی: حوضه آبریز الندچای، شمال غرب ایران)، پژوهش های ژئومورفولوژی کمّی، سال نهم 1399 شماره 2 ص 195-214،  doi: 10.22034/gmpj.2020.118241
رنجبر، قره حسنلو، 1399. مدلسازی و تخمین ارتفاع رواناب با استفاده از رویکرد SCS در بستر GISمطالعه موردی: شهر شاهدشهر شهریار، مطالعات علوم محیط زیست. 5(4)، 3002-3011.
سروری، پوررضا، زراعتکار، 1398. برآورد میزان رواناب با کمک مدل های تغییر یافته SCS. مجله علمی سامانه های سطوح آبگیر باران 7(4)، 11-20.
شعبانی نیا، حسن، متولی، صدرالدین، جانباز قبادی، غلامرضا، خالدی، شهریار، 1399.  برآورد مقادیر ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سیلاب با استفاده از تلفیق مدل‌های اتومات سلولی (SCS) مطالعه موردی: حوضه آبخیز لاویج‌رود مخاطرات محیط طبیعی، 9(24)، 79-98. doi: 10.22111/jneh.2020.29704.1515
شفیعی، م. و قهرمان ب.، 1388. بررسی تغییرات مکانی حداکثر بارش محتمل 24 ساعته در حوضه آبریـز قره‌قوم، مجلـه آبیـاری و زهکشـی ایران، .50-59 :3
فتحیان، آخوندعلی، شریفی، 1399. تحلیل عدم‌قطعیت پارامترها در برآورد حداکثر سیلاب محتمل در حوضه سد بختیاری با روش مونت کارلوتحقیقات آب و خاک ایران 51(4)، 855-871.
فولادمند، شاه امیریان، کیانی، 1400. مقایسه چند حالت تخمین رواناب بر مبنای روش شماره منحنی. مجله علمی سامانه های سطوح آبگیر باران 9(2)، 25-34.
عالم، ح.، فلاحی، م.، محمود، فرمانیه، صبا، 1398. تخمین رواناب با استفاده از روش SCS-CN بر اساس سیستم اطلاعات جغرافیایی، مطالعه موردی (شهرستان های شیروان، بجنورد، فاروج، صفی‌آباد و مشکان)یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی13(26)، 156-166.
عبادی، حسینی، زین العابدین، ملکی نژاد، طالبی، رونما، 1400. بررسی کارایی سیستم اطلاعات جغرافیایی در برآورد ارتفاع رواناب با روش SCS-CN مطالعه موردی: حوضه باغان (جم و ریز)تخریب و احیاء اراضی طبیعی 2(3)67-77..
علیزاده، امین، 1398. اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه امام رضا، چاپ چهل وچهارم، 936ص.
غفاری گیلانده عطا، سبحانی بهروز، استادی باباکندی الناز،1395. برآورد شماره منحنی و ارتفاع رواناب در محیط Arc-GIS  (مطالعه موردی: شهرستان مشکین شهر).
کلانتری محسن، سلطانی زینب ، بررسی پاره ای از روابط تجربی در برآورد زمان تمرکز و تعیین ضریب شکل با استفاده از GIS مطالعه موردی: حوزه آبخیز چالشتر، همایش ملی ژئوماتیک ،1394، شماره 22.
میرزایی، سجاد، رئوف، مجید، 1393. گزارش فنی: مقایسه معادلات تجربی و روش تجزیه هیدروگراف سیلاب در برآورد زمان تمرکز، مطالعه موردی: حوضه آتشگاه-استان اردبیلمهندسی و مدیریت آبخیز، 6(4)، 407-414. doi: 10.22092/ijwmse.2015.100906
مرادی، دین پژوه، عزیزی، 1398. مقایسۀ سه روش مختلف برآورد تلفات بارش در مدل HEC-HMS در شبیه‌سازی رواناب‌ (مطالعۀ موردی: حوضۀ قره‌سو در کرمانشاه)اکوهیدرولوژی 5(2)، 433-447.
نعیمی کلورزی, زهرا, قربانی, خلیل, سالاری جزی, میثم,  دهقانی, امیر احمد، 1395. بررسی تأثیر پارامترهای فیزیوگرافی و اقلیمی حوضه در شبیه ‏سازی جریان فصلی رودخانه. اکوهیدرولوژی, 3(4), 545-555. doi: 10.22059/ije.2016.60357
Abedini, M., Pour Farrash Zadeh, F., & Gharachorlu, -. M., 2021. Analysis and Modeling of the Relationship between Monthly Discharge and Geomorphometric Characteristics (Case Study: Kashafrood Watershed). Geography and Environmental Planning, 32(4), 29-44. doi: 10.22108/gep.2021.128899.1426
Nkwunonwo, U. C., Whitworth, M., Baily, B., 2015. Analysis of the efforts towards urban flood reduction in the Lagos region of Nigeria, Natural Hazards and Earth System Sciences, P. 3897- 3923
Zhan, X., & Huang, M. L., 2004. ArcCN-Runoff: an ArcGIS tool for generating curve number and runoff maps. Environmental Modelling & Software, 19 (10): 875-879.
Shi, W., & Wang, N., 2020. An improved SCS-CN method incorporating slope, soil moisture, and storm duration factors for runoff prediction. Water, 12(5), 1335.
Al-Ghobari, H., Dewidar, A., & Alataway, A., 2020. Estimation of surface water runoff for a semi-arid area using RS and GIS-based SCS-CN method. Water, 12(7), 1924.
Ling, L., Yusop, Z., Yap, W. S., Tan, W. L., Chow, M. F., & Ling, J. L., 2019. A calibrated, watershed-specific SCS-CN method: Application to Wangjiaqiao Watershed in the Three Gorges Area, China. Water, 12(1), 60.
Psomiadis, E., Soulis, K. X., & Efthimiou, N., 2020. Using SCS-CN and earth observation for the comparative assessment of the hydrological effect of gradual and abrupt spatiotemporal land cover changes. Water, 12(5), 1386.
Ross, C.W., L. Prihodko, J. Anchang, S. Kumar, W. Ji, and N.P. Hanan, 2018. HYSOGs250m, global gridded hydrologic soil groups for curve-number-based runoff modeling. Scientific Data 5, 180091. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.91
Schneider, F., Klinge, M., Brodthuhn, J., Peplau, T., & Sauer, D., 2021. Hydrological soil properties control tree regrowth after forest disturbance in the forest steppe of central Mongolia. Soil, 7(2), 563-584.‏‏‏‏‏‏‏
Soulis, K. X., 2021. Soil conservation service curve number (SCS-CN) Method: Current applications, remaining challenges, and future perspectives. Water, 13(2), 192.
Users Manual of HEC-GeoHMS, 2020
Walega, A., & Salata, T., 2019. Influence of land cover data sources on estimation of direct runoff according to SCS-CN and modified SME methods. Catena, 172, 232-242.
Hashim, H. Q., & Sayl, K. N. (2022). Incorporating GIS Technique and SCS-CN approach for runoff estimation in the ungauged watershed: A case study west desert of Iraq. Iraqi Journal of Civil Engineering, 14(2), 1-6.