ارزیابی کارایی مدل KINEROS2 برای شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب ( مطالعه موردی حوضه آبخیز زیارت )

اکوسیستم های طبیعی ایران

مقاله 3، دوره 9، شماره 3 - شماره پیاپی 33، آذر 1397، صفحه 33-54   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

عیسی ملائی فر^{* 1}؛ واحد بردی شیخ¹؛ عبدالرضا بهره مند¹؛ حسن فرامرزی²

¹آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

²دکتری جنگلداری دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، ایران

چکیده

مدل فرسایش- رواناب KINEROS2، یک مدل هیدرولوژیکی توزیعی فرسایش- رواناب و از نوع فیزیکی بوده که در سازمان کشاورزی امریکا و سرویس تحقیقات کشاورزی جهت تشریح فرآیندهای برگاب، نفوذ، رواناب سطحی و فرسایش حوضه‌ آبخیز پایه‌گذاری شده است. داده‌های اصلی مورد نیاز مدل شامل نقشه‌های DEM، کاربری اراضی و همچنین داده‌های بارش حوضه آبخیز بوده و قابلیت شبیه‌سازی هیدروگراف‌های سیلاب با گام زمانی دقیقه را دارد. برای ارزیابی کارایی مدل، تعداد 8 واقعه سیلاب و بارش متناظر حوضه آبخیز زیارت انتخاب و به دو دسته 4 تایی تقسیم، که از دسته اول جهت اجرا و واسنجی و از دسته دوم جهت اعتبارسنجی مدل استفاده گردید. جهت انجام واسنجی از روش دستی و از روش یک پارامتر در هر بار جهت بررسی آنالیز حساسیت پارامترها استفاده گردید. پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع، ضریب مانینگ، میانگین حرکت مویینگی، ظرفیت برگاب مورد واسنجی قرار گرفتند. به منظور ارزیابی کارایی مدل در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی از شاخص‌های ضریب ناش- ساتکلیف، درصد خطا در دبی اوج، معیار جمعی، ضریب تبیین و ضریب تبیین وزنی استفاده گردید. که برای دوره واسنجی متوسط ضریب ناش- ساتکلیف 665/0 و برای مرحله اعتبارسنجی 797/0 بدست آمد. نتایج ارزیابی مدل KINEROS2، در حوضه آبخیز زیارت نشان می‌دهد که مدل مولفه‌های هیدرولوژیکی را با دقت قابل قبول برآورد می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

هیدرولوژی؛ سیل؛ مدل‌KINEROS2؛ حوزه آبخیز

اصل مقاله

ارزیابی کارایی مدل KINEROS2 برای شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب

( مطالعه موردی حوزه آبخیز زیارت )

 

 عیسی ملائی­فر ^[1]*، واحدبردی شیخ[2]، عبدالرضا بهره‌مند[3]، حسن فرامرزی[4]

^{تاریخ دریافت:   8/3/97      تاریخ پذیرش:8/8/97}

چکیده

مدل KINEROS2، یک مدل هیدرولوژیکی توزیعی فرسایش- رواناب و از نوع فیزیکی بوده که در سازمان کشاورزی امریکا و سرویس تحقیقات کشاورزی جهت تشریح فرآیندهای برگاب، نفوذ، رواناب سطحی و فرسایش حوزه­ آبخیز پایه‌گذاری شده است. داده­های اصلی مورد نیاز مدل شامل نقشه­های DEM، کاربری اراضی و داده­های بارش بوده و قابلیت شبیه­سازی هیدروگراف‌های سیلاب با گام زمانی دقیقه را دارد. برای ارزیابی کارایی مدل، تعداد 8 واقعه سیلاب و بارش متناظر حوزه آبخیز زیارت انتخاب و به دو دسته 4 تایی تقسیم، که از دسته اول جهت اجرا و واسنجی و از دسته دوم جهت اعتبارسنجی مدل استفاده گردید. جهت انجام واسنجی از روش دستی و از روش یک پارامتر در هر بار جهت بررسی آنالیز حساسیت پارامترها استفاده گردید. پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع، ضریب مانینگ، میانگین حرکت مویینگی، ظرفیت برگاب مورد واسنجی قرار گرفتند. به‌منظور ارزیابی کارایی مدل در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی از شاخص­های ضریب ناش- ساتکلیف، درصد خطا در دبی اوج، معیار جمعی، ضریب تبیین و ضریب تبیین وزنی استفاده گردید. که برای دوره واسنجی متوسط ضریب ناش- ساتکلیف 665/0 و برای مرحله اعتبارسنجی 797/0 به دست آمد. نتایج ارزیابی مدل در محدوده مورد مطالعه نشان داد که مدل KINEROS2مولفه­های هیدرولوژیکی را با دقت قابل‌قبول برآورد می­نماید.

 

 

واژه­های کلیدی: سیل، مدل­KINEROS2، حوزه آبخیز.

 

 

مقدمه

 

شبیه‌سازی فرآیند بارش- رواناب در حوزه آبخیز ازنظر درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، طراحی سازه­های کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت ویژه­ای دارد. در این راستا مدل‌های بسیاری جهت شبیه‌سازی فرآیندهای حوزه آبخیز وجود دارد که مدل‌های توزیعی از آن جمله می‌باشند. امروزه برآورد بارش- رواناب با مدل‌‌های هیدرولوژیکی توزیعی و با استفاده از تکنیک سامانه اطلاعات جغرافیایی به‌صورت گسترده امکان­پذیر است (33). مدل‌های هیدرولوژیکی بارش- رواناب برای شبیه­سازی هیدروگراف سیل از ابزارهای مناسب در مدیریت بهتر سیلاب به‌ویژه در مناطق فاقد آمار است (18). مدل KINEROS2 یک مدل هیدرولوژیکی، جهت شبیه­سازی میزان فرسایش و روندیابی رواناب سطحی است. این مدل در سال 1960، در سازمان کشاورزی امریکا، مرکز تحقیقات جنوب شرق و سرویس تحقیقات کشاورزیپایه‌گذاری شد(31).

در مطالعه‌ای ولهیزر و همکاران، با استفاده از مقادیر آزمایشگاهی، مدل را اصلاح و برآورد میزان فرسایش حاصل از رواناب سطحی و انتقال رسوب را نیز به آن افزودند و آن را با عنوان KINEROS، منتشر کردند (32). الگوریتم نفوذ مدل KINEROS، بر اساس معادلات نفوذ پارلانژ، تعیین شد(23).اسمیت و همکاران، از معادلات نفوذ اسمیت و پارلانژ ، در این مدل استفاده نمودند(28). با استفاده از برنامه­های کامپیوتری، نسخه جدید این مدل در سال 2002، با عنوان KINEROS2 ارائه شد. در مطالعه‌ای آقایی دانشور و همکاران، با اجرای مدل KINEROS2، در حوزه آبخیز چشمه عروس کرمان مقادیر دبی سیلاب­ها و رسوب انتقالی حاصل از بارش یک ساعته با دوره بازگشت­های 5 و 10 سال را برآورد نمودند. دقت مدل در برآورد دبی سیلاب­ها به‌طور متوسط 93 درصد برآورد گردید(2). در تحقیقی با عنوان، تلفیق ارزیابی محیط و مدل­سازی هیدرولوژیکی برای آنالیز تغییر پوششزمین توسط میلر و همکاران، از مدلKINEROS2، برای بررسی تغییر واکنش هیدرولوژیکی حوزه آبخیز استفاده نمودند. بررسی نتایج حاصل از این تحقیق نشان    می­دهد که اختلاف هیدروگراف­ها در وقایع سیلابی کوچک‌تر، بیشتر از وقایع سیلابی بزرگ‌تر است. بدین صورت که شدت واکنش هیدرولوژیکی حوزه آبخیز در اثر تغییرات آبخیز به‌ویژه پوشش زمین، برای وقایع سیلابی کوچک‌تر شدیدتر از وقایع سیلابی بزرگ‌تر می­باشد (20). تاج بخش و همکاران، در مطالعه‌ای با عنوان ارزیابی کارایی مدل KINEROS برای شبیه‌سازی هیدرولوژیکی حوزه‌های نیمه‌خشک در حوزه آبخیز بار واقع در استان خراسان رضوی نشان دادند که مدل توانایی قابل‌قبول در شبیه‌سازی هیدرولوژیکی حوزه مورد مطالعه را دارد (29). کارایی مدل KINEROS2، در حوزه گرمسیری و توسعه یافته هالو لانگات واقع در حوزه رودخانه لانگات با بارش متوسط 2453 میلی‌متر در مالزی توسط  معماریان و همکاران، طی مطالعه‌ای با عنوان آنالیز هیدرولوژیکی

 

 حوزه‌های آبخیز مناطق گرمسیری با استفاده از مدل KINEROS2، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای واسنجی مدل از سه واقعه با شدت­ و مدت­های متفاوت و جهت اعتبارسنجی مدل نیز از دو واقعه بارش استفاده شد نتایج واسنجی تطابق خیلی خوب برای رواناب و رسوب شبیه­سازی شده با مقادیراندازه­گیری شده را نشان دادند(19). اعتبارسنجی مدل KINEROS2، توسط زیگلر، نشان داد که این مدل برای پیش­بینی هیدروگراف دبی در قطعات اراضی کوچک مقیاس و در شیب‌های مختلف و خاک با شرایط مرطوب می‌تواند قابل اعتماد باشد(35). القریشی و همکاران، با اجرای مدل KINEROS2در حوزه­های مناطق خشک عمان و انجام آنالیز حساسیت تقریباً برای تمام پارامترهای مدل نشان دادند که پارامترهای هدایت هیدرولیکی و ضریب مانینگ حساسیت قابل توجهی دارند. همچنین این مطالعه نشان داد که مدل حساسیت کمتری نسبت به شرایط پیشین رطوبت خاک دارد(3).

مواد و روش‌ها

مشخصات و موقعیت منطقه مورد مطالعه حوزه آبخیز زیارت با مساحت 15/95 کیلومترمربع در شهرستان گرگان استان گلستان و بین مختصات 54 درجه، 23 دقیقه و 53 ثانیه تا 54 درجه، 31 دقیقه و 11 ثانیه طول شرقی و 36 درجه و 36 دقیقه و 51 ثانیه تا 36 درجه و 46 دقیقه و 22 ثانیه عرض شمالی قرار گرفته است. بلندترین ارتفاعات مربوط به جنوبی‌ترین بخش حوزه با ارتفاع 3020 متر از سطح دریا و پست‌ترین نقطه مربوط به بخش شمالی و خروجی حوزه با ارتفاع 500 متر از سطح دریا می‌باشد. همچنین ازنظر دسته‌بندی هیدرولوژیکی، خاک بخش عمده‌ای از حوزه در گروه C قرار

 می‌گیرد (12).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1. موقعیت حوزه آبخیز زیارت در استان و کشور

 

 

 

خصوصیات فیزیوگرافی حوزه آبخیز زیارت

با استفاده از نقشه­های رقومی 1:25000 موجود در محیط نرم­افزارArcGIS، مرز هیدرولوژیکی حوزه آبخیز با توجه به موقعیت ایستگاه هیدرومتری نهارخوران در خروجی حوزه تعیین و شبکه آبراهه­های حوزه استخراج گردید.

 

شکل 2. نقشه مدل رقومی ارتفاع حوزه آبخیز زیارت

خاکشناسی

داده­های خاکشناسی قابل استفاده در مدل KINEROS2، شامل نقشه خاکUSDA STATSGO، USDA SURRGO و یا FAO می‌باشد. لذا با توجه به اینکه دو نقشه اول برای محدوده مورد مطالعه وجود ندارد ناگزیر از نقشه خاک با مقیاس 1:5000000 ارائه شده توسط FAO، استفاده شد (شکل 3). با توجه به این نقشه مشخص­گردید که حوزه مورد مطالعه شامل دو نوع خاک Be67-3c و Be66-3a می­باشد. مشخصات هر دو خاک به شرح جدول 1، ارائه شده است.

 

شکل3. نقشه خاک حوزه آبخیز زیارت

 

جدول 1. مشخصات خاک­های Be67-3c و Be66-3a

نام خاک	نوع خاک	بافت خاک	شیب منطقه
Be67-3c	Eutric Cambisols	ریزدانه	زیاد (بیش از 30%)
Be68-3a	Eutric Cambisols	ریزدانه	کم (کمتر از 8%)

 

 

کاربری اراضی

نقشه کاربری اراضی منطقه توسط اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان تهیه‌شده است، که با وضعیت موجود کاربری حوزه انطباق داده، پس از تصحیح نقشه، نتایج بشرح شکل4، نقشه کاربری حوزه آبخیز زیارت ارائه ­گردید.

سطوح بالایی

شکل 4. نقشه کاربری اراضی حوزه آبخیز زیارت

سطوح جانبی

جدول 2. مشخصات ایستگاه­های هواشناسی و هیدرومتری در داخل و اطراف حوزه آبخیز زیارت

کانال­ها

ایستگاه	نوع ایستگاه	ارتفاع	مختصات طول          عرض
آبگیر نهارخوران نهارخوران زیارت	باران‌سنجی باران‌سنجی هیدرومتری هیدرومتری	950 500 330 900	274279     4064607 274666     4071765 273886     4071982 275015     4065803

 

خروجی

 

 

 

 

 

 

 

معرفی و تشریح مدل KINEROS

 در مدل KINEROS، مراحلی از چرخه هیدرولوژی شامل بارندگی، گیرش، نفوذ، جریان سطحی و کانال، فرسایش و رسوب مورد بررسی قرار گرفته و از معادلات آن‌ها استفاده شده است. در این مدل، مقادیر عمق یا شدت بارندگی بر روی هر یک از اجزاء، به‌طور یکنواخت و در هر جزء متفاوت در نظر گرفته شده و تغییرات مکانی و زمانی بارندگی به وسیله انترپولاسیون بین چند ایستگاه اعمال می‌شود. اثر گیرش به وسیله دو پارامتر عمق گیرش و درصد پوشش گیاهی، در این مدل کنترل می­شود (2 ، 27).

 

 شکل 5. شبیه­سازی حوزه آبخیز به سطوح جریان سطحی همگن و شبکه کانال­ها در مدل KINEROS2

معادلات مدل

معادله جریان بر اساس معادلات St-Venant با استفاده از تقریب موج سینماتیکی معادلات پیوستگی و مومنتم حاصل شده است. معادله جریان در دو حالت جریان سطحی و جریان در کانال­ها بررسی می­شود (1 ،2 ، 27).

پدیده نفوذ در مدل KINEROS2 از معادله نفوذ پارلانژ 1982، محاسبه شده است (1و 2).

AGWA2

یک سیستم آنالیز چند منظوره برای مطالعه حوزه­های آبخیز و یک برنامه الحاقی برای سیستم اطلاعات جغرافیایی است و قابل نصب بر روی نرم‌افزار ArcGIS، می‌باشد. این ابزار برای اجرای مدل‌های هیدرولوژیکی، با همکاری سرویس تحقیقات کشاورزی مرکز جنوب شرقی امریکا، و نمایندگی حفاظت جهانی، تهیه و توسعه یافته است. نمایش نتایج مدل به‌صورت بصری و جدول توسط AGWA2، امکان شناسایی مناطق حساس و بحرانی را برای مدیران جهت برنامه‌ریزی و تمرکز فعالیت­های مدیریتی فراهم می‌نماید (19).

ابزار AGWA2، در پنج مرحله اصلی به شرح زیر اجرا می‌گردد:

1- ترسیم حوضه و تفکیک آن به اجزا مدل (سطوح جریان سطحی متشابه و شبکه کانال­ها).

2- پارامتره کردن داده‌های خاک و داده‌های پوشش زمین.

3- تهیه فایل ورودی بارش.

4- وارد کردن فایل‌های ورودی و اجرای مدل

5- نمایش نتایج(27).

 

 

 

شکل 6. مراحل اجرای مدل KINEROS2 توسط ابزار AGWA2

 

 

 

ورودی­های مدل

داده­های ورودی­های در مدل KINEROS2، شامل نقشه­ مدل رقومی ارتفاع، نقشه کاربری اراضی حوزه، نقشه خاک و داده­های بارش می­باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 7. مراحل تهیه نقشه­های پارامترهای توزیعی مدل بر اساس سه نقشه پایه

جمع‌آوری آمار و اطلاعات سیل­های مشاهده‌شده

به‌منظور شبیه­سازی و واسنجی نمودن هیدروگراف سیل و ارزیابی دقت آن، نیاز به هیدروگراف سیل­های مشاهده‌شده و هایتوگراف بارش متناظر آن‌ها در حوزه مورد مطالعه می­باشد. بدین منظور آمار و اطلاعات موجود از ایستگاه­های باران­سنجی و هیدرومتری حوزه آبخیز زیارت جمع­آوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. هیدروگراف وقایع سیلابی استخراج گردید، سپس داده­های بارش متناظر هر یک از هیدروگراف‌های موجود از آمار ایستگاه­های باران­سنجی نهارخوران و زیارت استخراج گردید.

 

 

 نتایج حاصل از بررسی آمار سیلاب­ها تعداد 8 رویداد جهت اجرای واسنجی و اعتبارسنجی مدل طبق جدول 3 انتخاب شد.

 

جدول 3. مشخصات وقایع انتخاب شده جهت اجرای واسنجی و اعتبارسنجی مدل

 

پارامتر        رویداد		دبی اوج (مترمکعب بر ثانیه)	زمان تا اوج (ساعت)	بارندگی 5‌ روز قبل ایستگاه نهارخوران (میلی‌متر)	بارندگی 5‌روز قبل ایستگاه زیارت (میلی‌متر)	مقدار بارندگی ایستگاه نهارخوران (میلی‌متر)	مقدار بارندگی ایستگاه زیارت (میلی‌متر)
مرحله واسنجی	16/8/88 1/4/89 19/5/90 5/6/90	512/1 7 /23 4/1 934/2	6 3 3 5	40/26 20/4 60/24 20/16	80/24 80/4 70/6 60/10	20/24 30/28 90/30 50/60	90/19 00/25 50/22 90/21
مرحله اعتبارسنجی	29/3/86 4/12/86 19/5/90 12/6/91	76/23 612/2 091/3 74/10	2 3/5 1 2	90/13 80/3 60/24 0	50/2 30/10 70/6 0	20/55 40/11 90/30 20/70	30/32 20/10 50/22 0

 

 

نتایج حاصل از آماده­سازی نقشه­های مقدماتی

با استفاده از نقشه مدل رقومی ارتفاع، نقشه­های جهت جریان و شبکه جریان تجمعی تهیه گردید. سپس حوزه آبخیز به کمک ابزار AGWA2 در محیط ArcGIS، به اجزاء مدل شامل تعداد 42 سطح جریان مشابـه و 17 کانال تفکیک گردید. در ادامه جدول مراجعه­ای برای نقشه پوشش شامل جنگل انبوه، جنگل نیمه انبوه، جنگل تنک، مرتع خوب، مرتع متوسط، مرتع فقیر، کشاورزی و مناطق مسکونی تهیه گردید (جدول 4)، پس‌ازآن مقادیر اولیه پارامترها، با استفاده از داده­های خاکشناسی و داده­های پوشش زمین توسط ابزار AGWA2 محاسبه گردید (جدول 5).

 

جدول 4. مقادیر اولیه برخی پارامترها در جدول مراجعه­ای

 

 

کلاس	کاربری اراضی	گروه­های هیدرولوژیکی				درصد پوشش	ظرفیت برگاب	ضریب مانینگ
		A	B	C	D
1	جنگل انبوه	36	60	73	79	60	25/1	15/0
2	جنگل نیمه انبوه	45	64	75	80	40	15/1	07/0
3	جنگل تنک	50	68	77	83	25	1	05/0
4	مرتع خوب	39	63	77	80	50	2	15/0
5	مرتع متوسط	55	69	79	84	35	80/1	10/0
6	مرتع ضعیف	68	79	86	89	15	1	05/0
7	کشاورزی	66	77	85	89	50	80/2	05/0
8	مناطق مسکونی	70	80	85	92	30	10/0	035/0

جدول 5 . مقادیر متوسط اولیه برخی از پارامترهای مدل

پارامتر	واحد	مقادیر متوسط
حداکثر رطوبت اشباع خاک	درصد	85
تخلخل خاک	Cm3/Cm3	35/0
رس	درصد	34
سیلت	درصد	30
شن	درصد	36

 

 

 

شکل 8. نقشه شبکه جریان تجمعی

 

شکل 9. تفکیک حوزه آبخیز زیارت به سطوح جریان سطحی و شبکه کانال­ها

نتایج حاصل از اجرای مدل

پس از تهیه نقشه­های مقدماتی به کمک ابزار AGWA2، با استفاده از آمار لحظه­ای بارش ثبت شده در ایستگاه­های بارانسنجی نهارخوران و آبگیر زیارت، فایل ورودی بارش با فرمت pre‌، برای هر یک از رویدادها ایجاد شد. سپس مدل اجرا و رویدادهای دسته اول شبیه­سازی و حساسیت مدل نسبت به هریک از پارامترها مورد ارزیابی قرار گرفت.

 

آنالیز حساسیت مدل

جدول 6 . حساسیت پارامترهای مدل بر دبی اوج و حجم سیل

در این مطالعه پارامترهای ضریب مانینگ، هدایت هیدرولیکی اشباع، ظرفیت برگاب، میانگین حرکت مویینگی و رطوبت اولیه خاک به میزان 10 و20 درصد مقدار اولیه کاهش و افزایش داده شدند و سپس حساسیت این پارامترها بر دبی اوج و حجم سیل بررسی گردید. شکل­های 10 و 11 و جدول 6 ، نتایج آنالیز حساسیت را نشان می‌دهد.

پارامتر	درصد تغییرات
	دبی اوج				حجم سیل
	20+	10+	10-	20-	20+	10+	10-	20-
ضریب زبری مانینگ (n)	46/24-	52/13-	59/16	58/37	23/22-	21/12-	98/14	01/34
میانگین حرکت مویینگی (G)	70/22-	16/12-	88/11	19/24	38/26-	47/14-	95/14	54/31
هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks)	12/35-	39/18-	15/17	19/34	50/39-	64/21-	69/22	77/48
ظرفیت برگاب (In)	57/5-	67/2-	19/2	12/4	65/6-	99/2-	52/2	80/4
رطوبت اولیه (SI)	95/8	46/4	18/5-	06/9-	69/10	33/5	97/5-	40/10-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 10. حساسیت پارامترهای مدل KINEROS2، شامل ضریب مانینگ(n)، هدایت هیدرولیکی اشباع (ks )، ظرفیت برگاب (In)، میانگین حرکت مویینگی (G) و رطوبت اولیه خاک (SI)، بر دبی اوج سیلاب

 

شکل 11. حساسیت پارامترهای KINEROS2، شامل ضریب مانینگ(n)، هدایت هیدرولیکی اشباع (ks )، ظرفیت برگاب (In)، میانگین حرکت مویینگی (G) و رطوبت اولیه خاک (SI)، بر حجم سیلاب

 نتایج واسنجی مدل

واسنجی مدل با استفاده از 4 پارامتر شامل ضریب مانینگ، هدایت هیدرولیکی اشباع، ظرفیت برگاب و میانگین حرکت مویینگی انجام شد. مقادیر اولیه پارامتر ظرفیت برگاب (ارائه شده توسط مدل)، بر اساس درصد تاج پوشش واسنجی و رویدادهای مرحله واسنجی توسط مدل شبیه­سازی گردید. نتایج حاصله در شکل­های 12 تا 15 و جدول 7 ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 12. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 16/8/88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 13. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 1/4/89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 14. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 5/6/90

 

 

 

 

 

 

شکل 15. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 19/5/90

جدول 7 . نتایج واسنجی مدل KINEROS2 با رویدادهای مرحله واسنجی

رویداد	دبی اوج (مترمکعب بر ثانیه)		زمان تا اوج (ساعت)		حجم سیل (مترمکعب)
	مشاهداتی	شبیه‌سازی شده	مشاهداتی	شبیه­سازی شده	مشاهداتی	شبیه­سازی شده
16/8/88 1/4/89 19/5/90 5/6/90	512/1 7 /23 4/1 934/2	576/1 451/23 493/1 039/3	6 3 3 5	38/5 83/2 2/3 90/4	25142 210384 14544 45288	19004 89596 10071 25837

 

اعتبارسنجی مدل

پس از مرحله واسنجی و بهینه­سازی پارامترهای مدل، رویدادهای مرحله اعتبارسنجی توسط مدل شبیه­سازی گردید. نتایج حاصله در شکل­های 16 تا 19 و جدول 8 ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 16. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 29/3/88

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 17. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 4/12/88

 

 

 

 

 

 

 

شکل 18. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 19/5/90

 

 

 

 

 

 

 

شکل19. هیدروگراف مشاهداتی و شبیه­سازی شده رویداد 12/6/91

جدول8. نتایج اعتبارسنجی مدل KINEROS2 با رویدادهای مرحله اعتبارسنجی

 

رویداد	دبی اوج (مترمکعب بر ثانیه) مشاهداتی     شبیه‌سازی شده	زمان تا اوج (ساعت) مشاهداتی    شبیه‌سازی شده	حجم سیل (مترمکعب) مشاهداتی    شبیه‌سازی شده
29/3/88 4/12/88 19/5/90 12/6/91	64 /23                76/23 102/2                350/2 091/3                   5/3 74/10                 47/11	2                     33/2 3/5                   76/5 1                     13/1 2                         2	160560               111120 36960                 36846 17568                13954 74808                63876

 

 

به‌منظور نمایش بهتر نتایج مدل هیدرولیکی در شبیه­سازی جریان، داده­های دبی­های اوج و زمان تا اوج رویدادها در اطراف خط 1:1 در شکل­های 20 تا 21 ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

شکل 20. نمودار پراکنش داده­های دبی اوج مشاهداتی و شبیه­سازی شده

 

 

 

 

 

 

شکل 21. نمودار پراکنش زمان تا اوج مشاهداتی و شبیه­سازی شده

 

ارزیابی کارایی مدل KINEROS2

 جهت ارزیابی کارایی مدل در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی از 9 شاخص استفاده گردید که مقادیر آن‌ها در جدول 9، نشان داده شده است.

 

 

 

شاخص کارایی	مرحله واسنجی	مرحله اعتبارسنجی
ضریب ناش- ساتکلیف	665/0	797/0
درصد خطا در دبی اوج	340/9	369/8
ضریب همبستگی	887/0	912/0
انحراف مدل	260/0-	068/0
ضریب همبستگی اصلاح شده	848/0	857/0
ضریب جمعی	720/0	815/0
ضریب تبیین	714/0	897/0
ضریب تبیین وزنی	584/0	834/0
میانگین حداقل مربعات خطا	639/2	522/1

 جدول 9. ارزیابی کارایی مدل با استفاده از شاخص­های کارایی در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی

 

 

 

 

 

 

بحث

با مقایسه هیدروگرف­های مشاهداتی و شبیه‌سازی شده مشخص می­گردد که در اکثر رویدادها تطابق هیدروگرف­های مشاهداتی و شبیه­سازی شده در حد قابل‌قبول بوده است. رویداد 1/4/89 دارای کمترین میزان تطابق بین هیدروگرف­های مشاهداتی و شبیه­سازی بوده و هیدروگراف شبیه­سازی شده شکل خاصی دارد که با بررسی دقیق­تر و ملاحظه داده­های بارش مشخص می­گردد

نخست، بارش از نوع رگباری شدید و کوتاه‌مدت بوده است دوم، توزیع زمانی و مکانی بارش در سطح حوزه آبخیز کاملاً متفاوت بوده است. سوم، با توجه به بارش­های پراکنده، 5 ساعت قبل از بارش موردنظر، رطوبت اولیه خاک بالا بوده بطوریکه تقریباً تمام بارش به رواناب تبدیل گردیده است. چهارم، شروع بارش با شدت زیاد بوده است بطوریکه هایتوگراف بارش با شکل هیدروگراف شبیه­سازی شده همخوانی دارد. پنجم، مدل تنها از دو ایستگاه بارانسنجی نهارخوران و زیارت (که به ترتیب در خروجی و مرکز حوضه قرار دارند) برای شبیه­سازی رواناب استفاده می‌نماید که با توجه به وسعت حوزه آبخیز، شرایط توپوگرافی و تغییرات زیاد توزیع زمانی و مکانی بارش در سطح حوزه باعث کاهش دقت مدل در شبیه­سازی رواناب سیلاب­هایی با تغییرات زیاد توزیع زمانی و مکانی بارش می­گردد.

در این تحقیق از شاخص­های ضریب ناش‌ ساتکلیف، معیار جمعی، ضریب تبیین، ضریب تبیین وزنی، درصد خطا در دبی اوج و میانگین مربعات خطا استفاده گردید. مقدار متوسط ضریب ناش- ساتکلیف در رخدادهای مرحله واسنجی برابر 665/0 و برای مرحله اعتبارسنجی برابر 797/0 می­باشد. که بیانگر دقت قابل‌قبول مدل در شبیه­سازی هیدروگراف سیل در هر دو مرحله می­باشد. در خصوص شاخص معیار جمعی که میزان تفاوت­هایی از قبیل اندازه، شکل و حجم بین هیدرو گراف‌های مشاهداتی و شبیه­سازی شده را نشان می­دهد مقادیر متوسط آن در مرحله واسنجی برابر 720/0 و در مرحله اعتبارسنجی برابر 815/0 به دست آمده است. که با توجه به جدول 9، میزان تطابق هیدرو گراف‌های شبیه­سازی شده با مشاهداتی در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی خیلی خوب ارزیابی می­گردد. بر اساس نتایج، متوسط درصد خطا در دبی اوج برای رخدادهای مرحله واسنجی برابر 34/9 و در مرحله اعتبارسنجی برابر 369/8 می­باشد. لذا دقت مدل در برآورد دبی اوج سیلاب نسبتاً خوب و قابل‌قبول می­باشد. بررسی دقیق­تر نشان می­دهد که کارایی و دقت مدل در برآورد دبی اوج سیلاب­ها، در وقایع سیلابی بزرگ‌تر، بیشتر از وقایع سیلابی کوچک می­باشد. بطوریکه در رویدادهای 29/3/88 و 1/4/89 درصد خطا در دبی اوج به ترتیب 50/0 و 05/1 می­باشد.

در بررسی حجم جریان در این مطالعه از شاخص درصد خطای حجم استفاده گردید. متوسط درصد خطای حجم جریان در مرحله واسنجی برابر 87/38 و در مرحله اعتبارسنجی 28/31 می­باشد. با توجه به نتایج حاصله کارایی مدل در برآورد مقادیر حجم جریان ضعیف و قابل‌قبول نمی­باشد. در اکثر سیلاب­ها مقادیر حجم سیلاب­های محاسبه­ای خیلی کمتر از مشاهداتی بوده است. مقادیر متوسط درصد خطا در زمان تا اوج هیدروگراف در مرحله واسنجی برابر 06/6 و در مرحله اعتبارسنجی 42/8 می­باشد. بنابراین دقت مدل در برآورد زمان تا اوج هیدروگراف قابل‌قبول می­باشد. از شاخص ضریب تبیین و ضریب تبیین وزنی برای محاسبه میزان همبستگی بین داده­های محاسباتی و مشاهداتی استفاده گردید، که بر اساس نتایج حاصله متوسط ضریب تبیین در مرحله واسنجی برابر 714/0 و در مرحله اعتبارسنجی برابر با 908/0 می­باشد. همچنین متوسط ضریب تبیین وزنی در مرحله واسنجی 584/0 و در مرحله اعتبارسنجی برابر 834/0 می­باشد. که بیانگر تطابق خوب داده­های مشاهداتی و محاسباتی در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی می­باشد. همچنین نشان می­دهد که میزان تطابق داده­های مشاهداتی و محاسباتی در مرحله اعتبارسنجی نسبت به مرحله واسنجی بالا می‌باشد. میانگین حداقل مربعات خطا در مرحله واسنجی 639/2 و در مرحله اعتبارسنجی برابر 522/1 می‌باشد. که بیانگر کارایی مناسب مدل برای شبیه­سازی سیلاب حوزه آبخیز می­باشد.

 

آنالیز حساسیت مدل KINEROS2

آنالیز حساسیت مدل در برآورد دبی اوج و حجم سیل نسبت به 5 پارامتر شامل هدایت هیدرولیکی اشباع، ضریب مانینگ، میانگین حرکت مویینگی، ظرفیت برگاب و رطوبت اولیه مورد بررسی قرار گرفت. بطوریکه مقادیر هر یک از پارامترها به مقدار 10 و 20 درصد نسبت به مقدار بهینه، افزایش و کاهش داده شد و نتایج حاصله مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع و ظرفیت برگاب به ترتیب بیشترین و کمترین مقادیر حساسیت را ایجاد می­کنند. این بررسی نشان داد که ازنظر دبی اوج حساس­ترین پارامترهای مدل به ترتیب هدایت هیدرولیکی اشباع، ضریب مانینگ، میانگین حرکت مویینگی، رطوبت اولیه و ظرفیت برگاب می­باشد. در خصوص حجم سیل حساس­ترین پارامترهای مدل به ترتیب هدایت هیدرولیکی اشباع، میانگین حرکت مویینگی، ضریب مانینگ، رطوبت اولیه و ظرفیت برگاب می­باشد.

 

منابع خطا

داده­های خاکشناسی قابل استفاده در این مدل شامل نقشه‌های خاک USDA STATSGO،USDA SURRGO  و یا FAO می‌باشد. با توجه به اینکه دو نقشه اول برای محدوده مورد مطالعه وجود ندارد ناگزیر از نقشه خاک با مقیاس 1:5000000 تهیه‌شده توسط فائو استفاده شد که در آن تغییرات محلی لحاظ نگردیده است. که می­تواند یکی از دلایل خطا در این مدل باشد.

از دیگر منابع خطا فرایند ذوب برف و اثر آن بر روی سیلاب می­باشد که در این مدل در نظر گرفته نشده است. که بایستی در مناطق کوهستانی و فصول سرد مورد توجه قرار گیرد.

نتیجه­گیری

این ارزیابی نشان داد که مدل در برآورد دبی پیک سیلاب­ها مناسب است. کارایی و دقت مدل در میزان تطابق هیدروگراف شبیه­سازی شده با هیدروگراف‌های مشاهداتی قابل‌قبول بوده است. بر اساس نتایج حاصله کارایی مدل در برآورد مقادیر حجم جریان ضعیف و قابل‌قبول نمی‌باشد. در تمامی سیلاب­ها مقادیر حجم سیلاب­های محاسبه­ای خیلی کمتر از مشاهداتی بوده است. با توجه به اینکه مدل KINEROS2 دارای مزایایی متعددی از جمله ساده بودن استفاده از آن، دسترس بودن   داده­های ورودی­ مدل، امکان برآورد دبی سیلاب در هریک از زیر حوزه­ها، قابلیت   پیش­بینی اثرات تغییر کاربری اراضی، جهت استفاده مدیران و اکثر کاربران در حوزه‌های مشابه مناسب می­باشد.

 

 

References

1- Aghaei Daneshvar, F., Khanjani, M., 2005. The structure of the KINEROS2 model in estimating runoff and sediment runoff in the catchment area. Proceedings of the 2nd Conference on Watershed Management and Water and Soil Management, March 2005, Kerman.

 2- Aghaei Daneshvar, F., Khanjani, M., 2007. Estimation and prediction of discharge flood discharge and sediment load at the watershed of Chashmeh-e-Aroos Kerman basin with implementation of KINEROS2 model, through the AGWA tool. Proceedings of the 9th National Irrigation and Evaporation Seminar, Bahman 2007, Kerman.

3- Al-Qurashi, A., Mcintyre, N., Wheater, H., and Unkrich, C., 2008. Application of the Kineros2 rainfall-runoff model to an arid catchment in Oman. Journal of Hydrology, 355: 91-105.

4- Alwankar, S., R., Saghafian, B., 2009. Flood modeling in the catchment area by ADHM Distributed Model. Proceedings of the 5th National Conference on Watershed Management Sciences and Engineering (Sustainable Management of Natural Disasters), Gorgan. P. 1319-1327.

5- Ashour, R.A., 2000. Description of a simplified GIS_based surface water model for an arid  catchmen in Jordan, In: proceeding of the 2000 ESRI user conference, ESRI, San Digo, USA.

6- Azizi, m., 2012. Simulation of the effect of precipitation scenarios on flow hydrographs using the Wetspa distributive model in the Ziarat Watershed. Master's Degree In Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

7- Bahremand, A., 2006. Simulating the effects of reforestation on floods using spatially distributed hydrologic modeling and GIS. PhD Thesis, Vrije Universiteit Brussel, Belgium.

8- Burns, I.S., Scott, S., Levick, L., Hernandez, M., Goodrich, D.C., Semmens, D.J. and Kepner, W.G., 2004. Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA)-A GIS-based hydrologic modeling tool, Documentation and User Manual Version 1.4. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, ARS-1446.

9- Buther, J., Shoemaker, L., Trevor clements, J., Thirolle, E., 1998. Watershed modeling. Watershed Academy Web.

10- Carreras, N.M., Soler, M., Hernández, E. and Gallart, F., 2007. Simulating badland erosion with KINEROS2 in a small Mediterranean mountain basin (Vallcebre, Eastern Pyrenees). Institute of Earth Sciences (Jaume Almera) CSIC, Barcelona, Spain. Catena 71: 145-154.

11- Dody, A., Shillito, R., Givati, A., Siegel, A., Galili, U., Eisenberg, O., 2017. Rainfall, runoff and erosion analyses in a sandy desert watershed under mid-latitude cyclones using the Kineros2 model. Int. J. Environ. Prot. 7(1): 8-19

12-Golestan Consulting Engineers. Exploitation, Implementation and Watershed Studies in Ziarat Basin.

13- Goodrich, D.C., 1990. Geometric simplification of a distributed rainfall-runoff model over a range of basin scales. PhD Dissertation, Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona.

14- Hamidpour, M., Jalalian, A., Aphuni, M., Ghorbani, B., 1391. Analysis of sensitivity, calibration and validation of the Yorousym model for prediction of runoff in the South Karun watershed. Journal of Agricultural Science and Technology, Water and Soil Science. Sixteenth year No. 62. Winter, 2012.

15- Hernandez, M., Miller, S.N., Goodrich, D.C., Gof, R.F., Kepner, W.G., Edmonds, C.M. and Jones, K.B., 2000. Modeling runoff response to land cover and rainfall spatial variability in semi-arid watersheds. Environmental Monitoring and Assessment. 64: 285-298.

16- Kalth, A., 2010. Evaluation of the Efficiency of the LISEM Physical Model in the Golestan Provincial and Kachik Basin. Master's degree in Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

17- Karandesh, F., 2006. Comparison of Basin Behavior in Distributed and Integrated Flood Simulation, Master's Degree, Tehran University.

18- Karimi M., Maliki Nejad, H., Abghiri, H., Azizian, M., 2011. Evaluation of different methods of flood hydrograph simulation using HEC-HMS software package. Iranian Journal of Water Research. Fifth year 9: 23-34.

19- Memarian, H., Balasundram, S.K., Talib, J., Teh Boon Sung, C., Sood, M.A., Abbaspour, K.C., and Haghizadeh, A., 2012. Hydrologic analysis of a tropical watershed using KINEROS2. Environment Asia 5(1): 84-93.

20- Miller, S. N., Semmens, D.J., Miller, R.C., Hernandez, M., Goodrich, D.C., Miller, W.P., Kepner, W.G., and Ebert, D.W., 2002. GIS-based hydrologic modeling: the automated geospatial watershed assessment tool, Second Federal Interagency Hydrologic Modeling Conference, Las Vegas, NV.Las Vegas, NV, USA.

21- Mohammadi, M., 2011. Flood Hydrograph Modeling in Jafarabad Basin in GIS Environment. Master's Degree in Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

22- Najafi, M. Translation of hydrological systems of rainfall-runoff modeling, VP Singh. Tehran University Press. Vol. I, p. 578.

23- Parlange, J.Y., Lisle, I., Braddock, R.D. and Smith, R.E., 1982. The three-parameter infiltration equation. Soil Science. 133(6): 337-41.

24- Rovey, E.W., 1974. A kinematic model for upland watersheds. Unpublished M.Sc. Thesis, Colorado State University, Fort Collins.

25- Safari, A., De Smedt, F. and Moreda, F., 2009. WetSpa model application in the Distributed Model Intercomparison Project (DMIP2). Journal of Hydrology, doi: 10.1016. 2009.

26- Sayed Kaboli, H., Akhundaali, A. M., 2009. Evaluation of Rainfall Methods in Flood Hydrograph Simulation Case Study: Kasaliyan Watershed Basin. Proceedings of the 5th National Conference on Watershed Management Sciences and Engineering (Sustainable Management of Natural Disasters), Gorgan. P. 238-247.

27- Semmens, D.J., Goodrich, D.C., Unkrich, C.L. and Smith, R.E., 2004. KINEROS2 modeling framework, Agricultural Research Service, ARS-77, U.S. Dept. of Agriculture, Tucson, Arizona.

28- Smith, R.E., Goodrich, D.C. and Quinton, J., 1995. Dynamic, distributed simulation of watershed erosion: the KlNEROS2 and EUROSEM models. J., Soil Water Conserv. 50(5): 517-20.

29- Tajbakhsh, S.M., Memarian, H., Sobhani, M., Aghakhani Afshar, A.H., 2018. Kinematic runoff and erosion model efficiency assessment for hydrological simulation of semi-arid watersheds. Global J. Environ. Sci. Manage.,4(2): 127-140, Spring 2018. doi: 10.22034/gjesm.2018.04.02.002

30- Toy, T.J., Foster, G.R. and Renard, K. G., 2002. Soil erosion: processes, prediction, measurement and control. John Wiley and Sons Pub., N Y.

31- Woolhiser, D.A., Hanson, C.L. and Kuhlman, A.R., 1970. Overland flow on rangeland watersheds. Journal of Hydrology. 9(2): 336-56.

32-Woolhiser, D.A., Smith, R.E. and Goodrich, D.C. 1990. A kinematic runoff and erosion model. Documentation and User Manual, U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 77: 130.

33- Yagoby, F., Bahremand, A., 2011 River Flood Simulation Using WetSpa Hydrological-Distributed Model in Chehel-Chay Watershed in Golestan Province. Journal of Soil and Soil Conservation Research. 3 (18): 65-76.

34- Zainivand, H., 2010. Simulation of Spatial Distribution of Soil Erosion and Sediment in Watershed Scale. Proceedings of the 6th National Conference on Watershed Engineering Sciences and Watershed Management. Department of Natural Resources Tarbiat Modarres University. P. 243.

35- Ziegler, A.D., Giambelluca, T.W. and Sutherland, R.A., 2001. Erosion prediction on unpaved mountain roads in northern Thailand.Validation of dynamic erodibilit modelling using KINEROS2. Hydrological Processes. 15: 337-358.

 

 

 

 

---

[1] - دانش­آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گروه آبخیزداری، گرگان، ایران.

* نویسنده مسئول: Email: [e-mail]

[2] - دانشیار دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران.

[3] -دانشیار دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران.

[4]- دانشجوی دکتری جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی وعلوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

مراجع

References

1- Aghaei Daneshvar, F., Khanjani, M., 2005. The structure of the KINEROS2 model in estimating runoff and sediment runoff in the catchment area. Proceedings of the 2nd Conference on Watershed Management and Water and Soil Management, March 2005, Kerman.

 2- Aghaei Daneshvar, F., Khanjani, M., 2007. Estimation and prediction of discharge flood discharge and sediment load at the watershed of Chashmeh-e-Aroos Kerman basin with implementation of KINEROS2 model, through the AGWA tool. Proceedings of the 9th National Irrigation and Evaporation Seminar, Bahman 2007, Kerman.

3- Al-Qurashi, A., Mcintyre, N., Wheater, H., and Unkrich, C., 2008. Application of the Kineros2 rainfall-runoff model to an arid catchment in Oman. Journal of Hydrology, 355: 91-105.

4- Alwankar, S., R., Saghafian, B., 2009. Flood modeling in the catchment area by ADHM Distributed Model. Proceedings of the 5th National Conference on Watershed Management Sciences and Engineering (Sustainable Management of Natural Disasters), Gorgan. P. 1319-1327.

5- Ashour, R.A., 2000. Description of a simplified GIS_based surface water model for an arid  catchmen in Jordan, In: proceeding of the 2000 ESRI user conference, ESRI, San Digo, USA.

6- Azizi, m., 2012. Simulation of the effect of precipitation scenarios on flow hydrographs using the Wetspa distributive model in the Ziarat Watershed. Master's Degree In Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

7- Bahremand, A., 2006. Simulating the effects of reforestation on floods using spatially distributed hydrologic modeling and GIS. PhD Thesis, Vrije Universiteit Brussel, Belgium.

8- Burns, I.S., Scott, S., Levick, L., Hernandez, M., Goodrich, D.C., Semmens, D.J. and Kepner, W.G., 2004. Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA)-A GIS-based hydrologic modeling tool, Documentation and User Manual Version 1.4. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, ARS-1446.

9- Buther, J., Shoemaker, L., Trevor clements, J., Thirolle, E., 1998. Watershed modeling. Watershed Academy Web.

10- Carreras, N.M., Soler, M., Hernández, E. and Gallart, F., 2007. Simulating badland erosion with KINEROS2 in a small Mediterranean mountain basin (Vallcebre, Eastern Pyrenees). Institute of Earth Sciences (Jaume Almera) CSIC, Barcelona, Spain. Catena 71: 145-154.

11- Dody, A., Shillito, R., Givati, A., Siegel, A., Galili, U., Eisenberg, O., 2017. Rainfall, runoff and erosion analyses in a sandy desert watershed under mid-latitude cyclones using the Kineros2 model. Int. J. Environ. Prot. 7(1): 8-19

12-Golestan Consulting Engineers. Exploitation, Implementation and Watershed Studies in Ziarat Basin.

13- Goodrich, D.C., 1990. Geometric simplification of a distributed rainfall-runoff model over a range of basin scales. PhD Dissertation, Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona.

14- Hamidpour, M., Jalalian, A., Aphuni, M., Ghorbani, B., 1391. Analysis of sensitivity, calibration and validation of the Yorousym model for prediction of runoff in the South Karun watershed. Journal of Agricultural Science and Technology, Water and Soil Science. Sixteenth year No. 62. Winter, 2012.

15- Hernandez, M., Miller, S.N., Goodrich, D.C., Gof, R.F., Kepner, W.G., Edmonds, C.M. and Jones, K.B., 2000. Modeling runoff response to land cover and rainfall spatial variability in semi-arid watersheds. Environmental Monitoring and Assessment. 64: 285-298.

16- Kalth, A., 2010. Evaluation of the Efficiency of the LISEM Physical Model in the Golestan Provincial and Kachik Basin. Master's degree in Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

17- Karandesh, F., 2006. Comparison of Basin Behavior in Distributed and Integrated Flood Simulation, Master's Degree, Tehran University.

18- Karimi M., Maliki Nejad, H., Abghiri, H., Azizian, M., 2011. Evaluation of different methods of flood hydrograph simulation using HEC-HMS software package. Iranian Journal of Water Research. Fifth year 9: 23-34.

19- Memarian, H., Balasundram, S.K., Talib, J., Teh Boon Sung, C., Sood, M.A., Abbaspour, K.C., and Haghizadeh, A., 2012. Hydrologic analysis of a tropical watershed using KINEROS2. Environment Asia 5(1): 84-93.

20- Miller, S. N., Semmens, D.J., Miller, R.C., Hernandez, M., Goodrich, D.C., Miller, W.P., Kepner, W.G., and Ebert, D.W., 2002. GIS-based hydrologic modeling: the automated geospatial watershed assessment tool, Second Federal Interagency Hydrologic Modeling Conference, Las Vegas, NV.Las Vegas, NV, USA.

21- Mohammadi, M., 2011. Flood Hydrograph Modeling in Jafarabad Basin in GIS Environment. Master's Degree in Watershed Management. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

22- Najafi, M. Translation of hydrological systems of rainfall-runoff modeling, VP Singh. Tehran University Press. Vol. I, p. 578.

23- Parlange, J.Y., Lisle, I., Braddock, R.D. and Smith, R.E., 1982. The three-parameter infiltration equation. Soil Science. 133(6): 337-41.

24- Rovey, E.W., 1974. A kinematic model for upland watersheds. Unpublished M.Sc. Thesis, Colorado State University, Fort Collins.

25- Safari, A., De Smedt, F. and Moreda, F., 2009. WetSpa model application in the Distributed Model Intercomparison Project (DMIP2). Journal of Hydrology, doi: 10.1016. 2009.

26- Sayed Kaboli, H., Akhundaali, A. M., 2009. Evaluation of Rainfall Methods in Flood Hydrograph Simulation Case Study: Kasaliyan Watershed Basin. Proceedings of the 5th National Conference on Watershed Management Sciences and Engineering (Sustainable Management of Natural Disasters), Gorgan. P. 238-247.

27- Semmens, D.J., Goodrich, D.C., Unkrich, C.L. and Smith, R.E., 2004. KINEROS2 modeling framework, Agricultural Research Service, ARS-77, U.S. Dept. of Agriculture, Tucson, Arizona.

28- Smith, R.E., Goodrich, D.C. and Quinton, J., 1995. Dynamic, distributed simulation of watershed erosion: the KlNEROS2 and EUROSEM models. J., Soil Water Conserv. 50(5): 517-20.

29- Tajbakhsh, S.M., Memarian, H., Sobhani, M., Aghakhani Afshar, A.H., 2018. Kinematic runoff and erosion model efficiency assessment for hydrological simulation of semi-arid watersheds. Global J. Environ. Sci. Manage.,4(2): 127-140, Spring 2018. doi: 10.22034/gjesm.2018.04.02.002

30- Toy, T.J., Foster, G.R. and Renard, K. G., 2002. Soil erosion: processes, prediction, measurement and control. John Wiley and Sons Pub., N Y.

31- Woolhiser, D.A., Hanson, C.L. and Kuhlman, A.R., 1970. Overland flow on rangeland watersheds. Journal of Hydrology. 9(2): 336-56.

32-Woolhiser, D.A., Smith, R.E. and Goodrich, D.C. 1990. A kinematic runoff and erosion model. Documentation and User Manual, U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 77: 130.

33- Yagoby, F., Bahremand, A., 2011 River Flood Simulation Using WetSpa Hydrological-Distributed Model in Chehel-Chay Watershed in Golestan Province. Journal of Soil and Soil Conservation Research. 3 (18): 65-76.

34- Zainivand, H., 2010. Simulation of Spatial Distribution of Soil Erosion and Sediment in Watershed Scale. Proceedings of the 6th National Conference on Watershed Engineering Sciences and Watershed Management. Department of Natural Resources Tarbiat Modarres University. P. 243.

35- Ziegler, A.D., Giambelluca, T.W. and Sutherland, R.A., 2001. Erosion prediction on unpaved mountain roads in northern Thailand.Validation of dynamic erodibilit modelling using KINEROS2. Hydrological Processes. 15: 337-358.