بهره‌گیری از روش‌های تحلیل آب‌نمود جهت برآورد جریان پایه (مطالعه موردی: حوزه آبخیز رودخانه سیلاخور- رحیم‌آباد)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

چکیده

بخش مهمی از جریان رودخانه‌های دائمی از آب‌های زیرزمینی نشأت می‌گیرد. تغییراتی که به‌واسطه‌ی عوامل طبیعی و انسانی در آبخیز ایجاد می‌شود نشان‌دهنده‌ی تغییرات فیزیکی و سوء مدیریت مصنوعی منابع آبی است. این موقعیت‌ها سهم آب زیرزمینی در جریان آب رودخانه را تغییر می‌دهد. بنابراین، درک جریان پایه، موجب می‌شود تا بتوان پتانسیل و پویایی سیستم آب زیرزمینی را شناسایی کرد. هدف اصلی این تحقیق برآورد جریان پایه با استفاده از چندین روش تحلیل آب‌نمود است. پژوهش حاضر شامل تخمین جریان پایه از داده‌های جریان روزانه با استفاده از تکنیک منحنی تداوم جریان (FDC)، ابزار تحلیل آب‌نمود مبتنی بر وب (WHAT) و برنامه شاخص Baseflow (BFI+) می‌باشد. به همین منظور داده‌های روزانه دبی جریان و بارش از سازمان آب منطقه‌ای استان لرستان دریافت شد. سری زمانی داده‌ها برای دبی جریان و بارش از سال 1388 تا 1399 انتخاب شد. نتایج تجزیه‌وتحلیل نشان داد که اکثر تکنیک‌های فیلتر خودکار مورداستفاده با پارامترهای فرضی، جریان پایه بالاتر از میانگین را در مقایسه با FDC تخمین زده‌اند. علاوه بر این، تجزیه‌وتحلیل FDC سهم ذخیره زیرزمینی در جریان رودخانه را کمتر از میانگین نشان داد. مقادیر BFI برای رودخانه‌ی رحیم‌آباد متناسب است و برای کل آبخیز، حدود 45 درصد تخمین زده می‌شود. درنهایت نیز با استفاده از مقایسه‌ی میانگین جرین پایه، روش‌های اصلاح‌شده RDF (یک پارامتر و دو پارامتر)، IHACRES، BF-BFLOW، BF-Chapman و BF-Furey برای کل آبخیز به‌عنوان الگوریتم‌های مناسب برای برآورد جریان پایه انتخاب شدند. با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش، می‌توان در سال‌های بعد با داشتن آمار روزانه‌ی دبی، از روش‌های فوق‌الذکر برای جداسازی آب پایه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
بیات‌ورکشی، مریم، طاهری‌نیا، بهناز، حسینیان، کاظم، فصیحی، روژین (1403). پیش‌بینی جریان رودخانه با کاربست مدل‌های هوشمند عصبی و LARS-WG (مطالعه موردی: حوضه آبریز کشکان). مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 4(3)، 225-238.  doi:10.22098/mmws.2023.12827.1281
زارع بیدکی، رفعت، قرهی، ن نسرین، و مهدیان‌فرد، مریم (1399). مقایسه روش‌های جداسازی آب ‌پایه از رواناب مستقیم در حوزه‌ی آبخیز دورود. محیط‌ زیست و مهندسی آب، 3(5)، 200-212. doi:10.22034/jewe.2019.187507.1321
زارع بیدکی، رفعت، مهدیان فرد، مریم، هنربخش، افشین، و زینی‌وند، حسین (1394). برآورد جریان پایۀ رودخانۀ تیرۀ لرستان به منظور ارزیابی جریان زیست محیطی. اکوهیدرولوژی، 2(3)، 275-287. doi:10.22059/ije.2015.57297
سیف، علی، قاسمیه، هدی، زینی‌وند، حسین، و زند، مهران (1399). شبیه‌سازی نقشه کاربری اراضی سال 2026 با استفاده از مدل CLUE-s در حوزه آبخیز رحیم‌آباد. مهندسی و مدیریت آبخیز، 12(4)، 1102-1121. doi:10.22092/ijwmse.2019.126961.1685.
شرفی، سیامک، آرین تبار، حبیب، و کمالی، زهرا (1398). بررسی تغییرات مکانی- زمانی مورفولوژی رودخانه سیلاخور در استان لرستان. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، 8(3)، 115-131. dor:20.1001.1.22519424.1398.8.3.7.2
کاظمی، رحیم (1399). بررسی تحقیقات جریان پایه در ایران و جهان. مهندسی و مدیریت آبخیز، 4(13)، 671-650. doi:10.22092/ijwmse.2021.341719.1767.
مومنه، صادق (1401). مقایسۀ عملکرد مدل‌های هوش مصنوعی با مدل IHACRES در مدل‌سازی جریان روزانه. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(3)، 1-16. doi:10.22098/MMWS.2022.9972.1076
مهری، سونیا، مصطفی‌زاده، رئوف، اسمعلی عوری، اباذر، و قربانی، اردوان (1398). مقایسه روش‌های ترسیمی و فیلترهای عددی برگشتی در تفکیک جریان پایه در تعدادی از رودخانه‌های استان اردبیل. پژوهش‌های حفاظت آب ‌و خاک، (26)4، 95-113. doi:10.22069/JWSC.2019.10737.2514
نادری، مهین، شیخ، واحدبردی، بهره‌مند، عبدالرضا، کمکی، چوقی بایرام، و قانقرمه، عبدالعظیم (1402). تحلیل تغییرات رژیم جریان آب رودخانه‌ای با استفاده از شاخص‌های تغییرات هیدرولوژیکی (مطالعة موردی: حوزة آبخیز حبله‌رود). مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 3(3)، 1-19. doi:10.22098/mmws.2022.11430.1129
 
References
Al-Faraj, F.A., & Scholz, M. (2014). Incorporation of the flow duration curve method within digital filtering algorithms to estimate the base flow contribution to total runoff. Water Resources Management, 28, 5477-5489. doi: 10.1007/s11269-014-0816-7
Arnold, J.G., & Allen, P.M. (1999). Automated methods for estimating baseflow and ground water recharge from streamflow records 1. Journal of the American Water Resources Association, 35(2), 411-424. doi:10.1111/j.1752-1688.1999.tb03599.x
Bayatvarkshi, M., Taherinia, B., Hosseinian, K., & Fasihi, R. (2024). Forecasting river flow using neural intelligent models and LARS-WG models (Case study: Kashkan Watershed). Water and Soil Management and Modeling, 4(3), 225-238. doi:10.22098/mmws.2023.12827.1281. [In Persian]
Bayou, W.T., Wohnlich, S., Mohammed, M., & Ayenew, T. (2021). Application of hydrograph analysis techniques for estimating groundwater contribution in the Sor and Gebba streams of the Baro-Akobo river Basin, southwestern Ethiopia. Water, 13(15), 2006. doi:10.3390/w13152006
Berhail, S. (2022). Performance evaluation of an automated method for hydrograph separation in Mellah catchment, Northeastern Algeria. International Journal of Hydrology Science and Technology, 14(3), 251-267. doi:10.1504/IJHST.2022.10050153
Boughton, W.C. (1993). A hydrograph-based model for estimating water yield of ungauged catchments. In Hydrology and Water Resources Symposium, Newcastle, IEAust, Pub. 93/14, 317-324
Boussinesq, J. (1904). Recherches théoriques sur l'écoulement des nappes d'eau infiltrées dans le sol et sur le débit des sources. Journal de Mathématiques Pures et Appliquées10, 5-78. http://eudml.org/doc/235283
Chapman, T. (1999). A comparison of algorithms for stream flow recession and baseflow separation. Hydrological Processes13(5), 701-714. doi: 10.1002/(SICI)1099-1085(19990415)13:5<701::AID-HYP774>3.0.CO;2-2
Chapman, T.G. (1991). Comment on evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses, by RJ Nathan and TA McMahon. Water Resources Research, 27(7), 1783 -1784
Chapman, T.G., & Maxwell, A.I. (1996). Baseflow separation – comparison of numerical methods with tracer experiments. Institute Engineers Australia National Conference. Pub. 96/05, 539-545
Eckhardt, K. (2005). How to construct recursive digital filters for baseflow separation. Hydrological Processes: An International Journal, 19(2), 507-515. doi:10.1002/hyp.5675
Furey, P.R., & Gupta, V.K. (2003). Tests of two physically based filters for base flow separation. Water Resources Research39(10), 1-11. doi:10.1029/2002WR001621, 2003
Gonzales, A.L., Nonner, J., & Heijkers, J. (2009). Uhlenbrook, S. Comparison of different base flow separation methods in a lowland catchment. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 13, 34. doi:10.5194/hess-13-2055-2009
Gregor, M. (2010). User’s Manual: BFI+ 3.0. HydrOffice Software Package, Water Science. Available online: https://hydrooffice. org/Tool/BFI (accessed on 10 May 2021).
Hall, F.R. (1968). Base‐flow recessions-A review. Water Resources Research, 4(5), 973-983.
Indarto, I., Ratnaningsih, A., & Wahyuningsih, S. (2017). Calibration of six recursive digital filters for baseflow separation in east java. Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(12), 3772-3778. http://repository.unej.ac.id/xmlui/handle/123456789/106089
Jakeman, A.J., & Hornberger, G.M. (1993). How much complexity is warranted in a rainfall-runoff model? Water Resources Research, 29(8), 2637-2649. doi:10.1029/93WR00877
Kazemi, R. (2022). Investigation of base flow researches in Iran and the world. Watershed Engineering and Management, 13(4), 650-671. doi:10.22092/ijwmse.2021.341719.1767. [In Persian]
Lim, K.J., Engel, B.A., Tang, Z., Choi, J., Kim, K. S., Muthukrishnan, S., & Tripathy, D. (2005). Automated web GIS based hydrograph analysis tool, WHAT 1. Journal of the American Water Resources Association41(6), 1407-1416. doi:10.1111/j.1752-1688.2005.tb03808.x
Linsley, R.K., Kohler, M.A., & Paulhus, J.L.H. (1982). Hydrology for engineers. 3rd ed. New York, McGraw-Hill.
Lott, D.A., & Stewart, M.T. (2016). Base flow separation: A comparison of analytical and mass balance methods. Journal of Hydrology, 535, 525-533. doi:10.1016/j.jhydrol.2016.01.063
Lyne, V., & Hollick, M. (1979). Stochastic time-variable rainfall-runoff modelling. In Institute of Engineers Australia National Conference. Barton, Australia: Institute of Engineers Australia. 89-93. doi: 10.1007/s12665-013-2358-3
Mau, D.P., & Winter, T.C. (1997) Estimating ground-water recharge from streamflow hydrographs for a small mountain watershed in a temperate humid climate, New Hampshire, USA. Groundwater, 35(2), 291-304. doi: 10.1111/j.1745-6584.1997.tb00086.x
Mehri, S., Mostafazadeh, R., Esmali-Ouri, A., & Ghorbani, A. (2019). Graphical and recursive digital filter techniques in the separation of base flow, A comparison in Ardabil Province rivers. Journal of Water and Soil Conservation, 26(4), 95-113. doi:10.22069/JWSC.2019.10737.2514. [In Persian].
Mohammed, R., & Scholz, M. (2018). Flow-duration curve integration into digital filtering algorithms for simulating climate variability based on river baseflow. Hydrological Sciences Journal63(10), 1558-1573. doi:10.1080/02626667.2018.1519318.
Momeheh, S. (2022). Performance comparison of artificial intelligence models with IHACRES model in daily streamflow modeling. Water and Soil Management and Modeling, 2(3), 1-16. doi:10.22098/MMWS.2022.9972.1076. [In Persian].
Naderi, M., Sheikh, V., Bahrehmand, A., Komaki, CH., & Ghangermeh, A. (2023). Analysis of river flow regime changes using the indicators of hydrologic alteration (Case study: Hableroud watershed). Water and Soil Management and Modeling, 3(3), 1-19. doi:10.22098/mmws.2022.11430.1129. [In Persian].
Nam, S., Chun, K.W., Lee, J.U., Kang, W.S., & Jang, S.J. (2021). Hydrograph separation and flow characteristic analysis for observed rainfall events during flood season in a forested headwater stream. Korean Journal of Ecology and Environment, 54(1), 49-60. doi:10.11614/KSL.2021.54.1.049
Nathan, R.J., & McMahon, T.A. (1990). Evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses. Water Resources Research, 26(7), 1465-1473. doi:10.1029/WR026i007p01465
Ratnasari, D., Indarto, S.W., Ratnasari, D., & Wahyuningsih, S. (2015). Studi baseflow menggunakan perbandingan 6 metode RDF (Recursive Digital Filter). Berkala Ilmiah Teknologi Pertanian. 1(1), 1-7. http://repository.unej.ac.id/handle/123456789/69075
Rimmer, A., & Hartmann, A. (2014). Optimal hydrograph separation filter to evaluate transport routines of hydrological models. Journal of Hydrology, 514, 249-257. doi:10.1016/j.jhydrol.2014.04.03
Seif, A., Ghasemieh, H., Zeinivand, H., & Zand, M. (2021). Simulation of land use map in 2026 using CLUE-s model in Rahim-Abad Basin. Watershed Engineering and Management, 12(4), 1102-1121. doi:10.22092/ijwmse.2019.126961.1685. [In Persian]
Shao, G., Zhang, D., Guan, Y., Sadat, M.A., & Huang, F. (2020). Application of different separation methods to investigate the baseflow characteristics of a semi-arid sandy area, Northwestern China. Water, 12(2), 434. doi:10.3390/w12020434
Sharafi, S., Sakvand, H., & Kamali, Z. (2020). Investigation of spatial and temporal variation of Silakhor River morphology in Lorestan province. Quantitative Geomorphological Research, 8(3), 115-131. dor:20.1001.1.22519424.1398.8.3.7.2 [In Persian]
Smakhtin, V.U. (2001). Low flow hydrology: A review. Journal of Hydrology, 240, 147–186. doi:10.1016/S0022-1694(00)00340-1
Tallaksen, L.M. (1995). A review of baseflow recession analysis. Journal of Hydrology165(1-4), 349-370. doi:10.1016/0022-1694(94)02540-R
Tularam, G. A. & Ilahee, M. (2008). Exponential smoothing method of base flow separation and its impact on continuous loss estimates. American Journal of Environmental Sciences, 4(2), 136-144. doi:10.3844/ajessp.2008.136.144
Yang, W., Xiao, C., Zhang, Z., & Liang, X. (2021). Can the two-parameter recursive digital filter baseflow separation method really be calibrated by the conductivity mass balance method?. Hydrology and Earth System Sciences, 25(4), 1747-1760. doi:10.5194/hess-25-1747-2021
Zare Bidaki, R., Gharahi, N., & Mahdianfard, M. (2019). Comparison of separation methods for baseflow from direct runoff in Doroud Basin, Lorestan, Iran. Environment and Water Engineering, 5(3), 200-212. doi:10.22034/jewe.2019.187507.1321. [In Persian]
Zare Bidaki, R., Mahdianfard, M., Honarbakhs, A., & Zeinivand, H. (2015). base flow estimation in Tireh Dorood River in order to environmental flow assessmen. Iranian Journal of Ecohydrology, 2(3), 275-287. doi:10.22059/ije.2015.57297. [In Persian]