شبیه سازی رواناب های سطحی با استفاده از مدل مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی لیسم (LISEM)

سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی

مقاله 6، دوره 6، شماره 4 - شماره پیاپی 21، دی 1394، صفحه 77-94   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

رویا جعفری^{* 1}؛ واحد بردی شیخ²؛ محسن حسینعلی زاده³؛ حسن رضایی مقدم¹

¹دانشجوی کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

²دانشیار دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

³استادیار دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

شبیه‌سازی پدیده رواناب ناشی از هر بارندگی در برآورد شدت سیل بسیار ارزشمند است. برای حفاظت حوزه‌های آبخیز، استفاده از مدلی که توانایی برآورد رواناب را در زمان‌ها و مکان‌های معین داشته باشد، ضروری است. این پژوهش به منظور شبیه‌سازی رواناب در زیر حوزه زراعی منتهی به شهرک بهزیستی گرگان و همچنین ارزیابی تأثیر سناریوهای مدیریتی پوشش گیاهی در 3 رویداد بارش در سال‌های گذشته با استفاده از مدل فیزیکی لیسم (LISEM)، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی و برنامه‌نویسی PCRaster انجام شد. برای اجرای مدل لیسم، چهار نقشه پایه، مدل رقومی ارتفاع، کاربری اراضی، بافت خاک و راه‌ها با فرمت رستری تهیه گردید. نقشه مدل رقومی ارتفاعی حوزه مورد مطالعه با اندازه سلولی 1×1 متر از تصاویر اولتراکم در محیط ArcGIS^®9.3 تهیه گردید. در طی انجام این تحقیق دو رویداد بارش در تاریخ­های 11/8/1393 و 25/6/1394 منجر به ایجاد رواناب شد که از رویداد اول برای واسنجی و رویداد دوم برای اعتبارسنجی مدل استفاده شد. مقایسه آماری هیدروگراف­های شبیه­سازی و مشاهداتی رگبارهای مورخه 11/8/1393 و 25/6/1394 نشان داد که ضریب همبستگی آن­ها به ترتیب 8/0 و 76/0 و معیار ناش- ساتکلیف آن­ها به ترتیب 8/0 و  5/0   می­باشد. نتایج حاصل از شبیه­سازی نشان داد که مدل قادر است میزان کل رواناب، دبی اوج، زمان شروع رواناب و زمان رسیدن به دبی اوج را به خوبی شبیه­سازی نماید. نتایج حاصل از اجرای سناریوی مدیریت پوشش گیاهی به وسیله مدل لیسم نشان داد که حجم رواناب به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

شبیه‌سازی رواناب؛ مدل لیسم؛ سیستم اطلاعات جغرافیایی؛ گرگان

مراجع

1. احمدی ایلخچی، ع.، م. ع. حاج عباسی و ا. جلالیان. 1381. اثر تغییر کاربری‌های زمین‌های مرتعی به دیم‌کاری بر تولید‌ رواناب، هدررفت و کیفیت خاک در منطقه دوراهان چهارمحال بختیاری. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 6(4): 103-116.

2. افشار، ع. 1364. مهندسی هیدرولوژی، چاپ اول، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی، 459 صفحه.

3. برزگر، ع. 1383. فیزیک خاک پیشرفته. انتشارات دانشگاه چمران اهواز. 309 صفحه.

4. بهرامی، س. ع. 1390. بررسی اثر تغییر کاربری اراضی بر خصوصیات هیدرولوژیک حوزه آبخیز سد بوستان استان گلستان با استفاده از مدل HEC-HMS. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 110 صفحه.

5. پیشداد سلیمان‌آباد، ل.، ع. سلمان ماهینی و ع. نجفی‌نژاد. 1390. ارزیابی اقتصادی تغییر کاربری اراضی با استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی ( مطالعه موردی: حوزه آبخیز چراغ ویس سقز). فصلنامه کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی، 2(1): 15-29.

6. تلوری، ع. ر. 1375. مدل‌های هیدرولوژیکی به زبان ساده. انتشارات دانشگاه تهران. 401 صفحه.

7. جهانگیر، ع.، م. رائینی سرجاز و م. خ. ضیاتباراحمدی. 1387. شبیه‌سازی فرآیند بارش-رواناب با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در حوزه کارده. آب و خاک، 22(2): 72-84.

8. کلته، آ.، و. ب. شیخ، ا. سعدالدین و ن. نورا. ۱۳۸۹. ارزیابی کارایی مدل فیزیکی LISEM به منظور برآورد سیل در حوضه معرف و زوجی کچیک استان گلستان. چهارمین همایش ملی فرسایش و رسوب، نور، دانشگاه تربیت مدرس. 6 الی 9 شهریور ماه.

9. مخدوم، م. 1380. شالوده آمایش سرزمین، چاپ دهم، انتشارات دانشگاه تهران، 285صفحه.

10. میردیلمی، س. ز.، غ. حشمتی و ی. همت‌زاده. 1390. آمایش حوزه آبخیز کچیک بر اساس مدل سیستمی رایج در آمایش سرزمین به روش دو ترکیبی. فصلنامه کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی، 2(3): 65-75.

11. ولیخانی، ن.، ا. ح. چرخابی، م. خیرخواه زرکش و م. ج. سلطانی. 1390. کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و تصیم‌گیری چند معیاره MCDM در پهنه‌بندی درجه تناسب فیزیکی اراضی شهری ( مطالعه موردی: شمال شهر کرج). فصلنامه کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی، 2(2): 1-14.

12. Bewket W, Stroosnijder L. 2003. Effects of agroecological land use succession on soil properties in Chemoga watershed, Blue Nile basin, Ethiopia. Geoderma, 111(1): 85-98.

13. De Roo A, Wesseling C, Jetten V, Offermans R, Ritsema C. 1995. LISEM, Limburg Soil Erosion Model, User Manual. Department of Physical Geography, Utrecht University, The Netherlands. 72 pp.

14. De Roo A. 1996. The LISEM project: an introduction. Hydrological Processes, 10(8): 1021-1025.

15. Elsen EVD, Stolte J. 2002. Soil erosion modeling: description and data reqirements for the LISE physically based erosion model. Department of Soil and Land Use Wageningen University. 20 pp.

16. Harun S, Nor NIA, Kassim AHM. 2012. Artificial neural network model for rainfall–runoff relationship. Jurnal Teknologi, 37(1): 1–12.

17. Hessel R, Jetten V. 2007. Suitability of transport equations in modelling soil erosion for a small Loess Plateau catchment. Engineering Geology, 91(1): 56-71.

18. Izquierdo AE, Grau HR. 2009. Agriculture adjustment, land-use transition and protected areas in Northwestern Argentina. Journal of Environmental Management, 90(2): 858-865.

19. Jetten VG. 2002. LISEM Limgurg Soil Erosion Model user manual. University of Utrecht. 64 pp.

20. Kamphorst E, Jetten V, Guérif J, Iversen B, Douglas J, Paz A. 2000. Predicting depressional storage from soil surface roughness. Soil Science Society of America Journal, 64(5): 1749-1758.

21. Nash J, Sutcliffe JV. 1970. River flow forecasting through conceptual models part I-A discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3): 282-290.

22. Onstad C. 1983. Depressional storage on tilled soil surfaces. Paper-American Society of Agricultural Engineers (USA) Microfiche collection, no. fiche 83-2050.

23. Rahmati M, Neyshabouri MR, Fakherifard A, Oskouei MM, Ahmadi A, Sheikh JV. 2013. Rainfall-runoff prediction using LISEM model in Lighvan watershed, North West of Iran. Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(16): 1893-1901.

24. Sheikh V, van Loon E, Hessel R, Jetten V. 2010. Sensitivity of LISEM predicted catchment discharge to initial soil moisture content of soil profile. Journal of Hydrology, 393(3): 174-185.

25. Skidmore AK. 1989. A comparison of techniques for calculating gradient and aspect from a gridded digital elevation model. International Journal of Geographical Information System, 3(4): 323-334.

26. Smith R, Parlange JY. 1978. A parameter‐efficient hydrologic infiltration model. Water Resources Research, 14(3): 533-538.

27. von Hoyningen-Huene J. 1981. Die Interzeption des Niederschlags in landwirtschaftlichen Pflanzenbeständen. Arbeitsbericht Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau, DVWK, 280p.