دوره 16، شماره 2 - ( پاییز و زمستان 1404 )                   جلد 16 شماره 2 صفحات 18-1 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print

Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Moazeni Noghondar S, Salajegheh A, Khalighi Sigaroudi S, Golkarian A. (2025). Sensitivity Analysis of Parameters Influencing Runoff Reduction Using the HEC-HMS Model in Gonbad Paired Watersheds, Hamadan. J Watershed Manage Res. 16(2), 1-18. doi:10.61882/jwmr.2025.1305
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1305-fa.html
مؤذنی نقندر سعیدرضا، سلاجقه علی، خلیقی سیگارودی شهرام، گلکاریان علی.(1404). تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر رواناب با استفاده از مدل HEC-HMS در حوضه زوجی گنبد همدان پ‍‍ژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 16 (2) :18-1 10.61882/jwmr.2025.1305

URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1305-fa.html

تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر رواناب با استفاده از مدل HEC-HMS در حوضه زوجی گنبد همدان
سعیدرضا مؤذنی نقندر1، علی سلاجقه*1 ، شهرام خلیقی سیگارودی1، علی گلکاریان2
1- گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2- گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
چکیده:   (1327 مشاهده)

چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: مدیریت منابع آب در مناطق نیمه‌خشک با چالش‌های متعددی به‌دلیل شرایط محیطی خاص، از جمله وقوع سیلاب‌های ناگهانی و رواناب‌های سطحی، روبه‌رو است. این مناطق به‌دلیل ویژگی‌های اقلیمی و جغرافیایی مانند بارش‌های رگباری شدید، توزیع نامنظم زمانی و مکانی بارش، تبخیر و تعرق بالا، پوشش گیاهی کم‌تراکم و خاک‌های شکننده، مستعد تولید رواناب و وقوع سیلاب‌های مخرب هستند. مدل‌سازی دقیق فرآیندهای هیدرولوژیکی، به‌ویژه پیش‌بینی دبی اوج و حجم رواناب برای طراحی و اجرای اقدامات مدیریتی مؤثر مانند کنترل سیلاب، تنظیم رواناب و احیای پوشش گیاهی اهمیت زیادی دارد. مدل‌های هیدرولوژیکی ابزارهایی مؤثر برای شبیه‌سازی این فرآیندها هستند و در میان آن‌ها، مدل HEC-HMS به‌دلیل توانایی ترکیب داده‌های اقلیمی، هیدرومتری و ویژگی‌های حوزه آبخیز برای شبیه‌سازی دقیق فرآیند بارش–رواناب کاربرد گسترده‌ای دارد. تحلیل حساسیت پارامترها نیز روشی کارآمد برای بررسی تأثیر تغییرات پارامترهای ورودی بر خروجی مدل و شناسایی عوامل مؤثر است که به کاهش عدم ‌قطعیت و افزایش دقت پیش‌بینی‌ها کمک می‌کند. در مناطق نیمه‌خشک ایران، سیلاب‌های ناگهانی خسارات قابل‌توجهی را به زیرساخت‌ها و منابع طبیعی وارد کرده‌اند. این پژوهش به بررسی تأثیر احیای پوشش گیاهی بر حساسیت پارامترهای مدل HEC-HMS در دو حوزه آبخیز مجاور در حوضه زوجی گنبد همدان می‌پردازد؛ یکی به‌عنوان حوضه شاهد (فاقد عملیات احیا) و دیگری به‌عنوان حوضه تیمار شده (دارای عملیات احیای پوشش گیاهی). هدف اصلی پژوهش، تحلیل حساسیت پارامترهای مؤثر بر دبی اوج و حجم رواناب با استفاده از مدل HEC-HMS است. در این مطالعه، فرآیند بارش–رواناب در هر دو حوضه شبیه‌سازی، مدل با داده‌های مشاهداتی واسنجی و اعتبارسنجی شد و تحلیل حساسیت بر پارامترهای کلیدی از جمله شماره منحنی (CN)، حداکثر نگهداشت (S)، زمان تأخیر، شیب آبراهه و ضریب زبری مانینگ انجام گرفت. نتایج دو حوضه برای ارزیابی اثر احیای پوشش گیاهی بر عملکرد مدل و حساسیت پارامترها مقایسه شدند. در نهایت، این پژوهش نتایجی کاربردی برای بهبود مدیریت منابع آب و کاهش اثرات سیلاب در مناطق نیمه‌خشک ارائه می‌دهد.
مواد و روش‌ها: این تحقیق در حوضه زوجی گنبد همدان انجام شده است. دو حوزه آبخیز همجوار با ویژگی‌های مشابه، یکی به‎ عنوان حوضه شاهد و دیگری به‎ عنوان حوضه احیاشده انتخاب شدند. عملیات احیای پوشش گیاهی در حوضه احیاشده شامل کاشت گونه‌های گیاهی مقاوم به خشکی و اجرای عملیات آبخیزداری بود. برای شبیه‌سازی فرآیند بارش-رواناب، از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS استفاده شد. داده‌های مورد نیاز برای مدل شامل داده‌های هواشناسی، هیدرومتری، ویژگی‌های خاک و ویژگی‌های حوزه آبخیز بودند. برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل، از داده‌های 10 ساله بارش و دبی استفاده شد و از معیارهای آماری مختلف از جمله ضریب نش-ساتکلیف(NSE)  و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) استفاده شد. برای تحلیل حساسیت پارامترها، از روش تغییرات درصدی (±30 درصد) برای پارامترهایی مانند شماره منحنی (CN)، حداکثر نگهداشت (S)، زمان تأخیر، شیب آبراهه و ضریب زبری مانینگ استفاده شد.
یافته‌ها: عملیات احیای پوشش گیاهی تأثیر قابل توجهی بر ویژگی‌های خاک، شبیه‌سازی رواناب و حساسیت پارامترها داشتند. تغییرات ویژگی‌های خاک: اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که نفوذپذیری اولیه و نهایی خاک در حوضه احیاشده در مقایسه با مقادیر متناظر در حوضه شاهد به‌طور قابل توجهی افزایش یافت؛ به‌طوری‌که نفوذپذیری اولیه از بازه 82/3 تا 76/4 میلی‌متر بر ساعت در حوضه شاهد، به بازه 130/2 تا 144/4 میلی‌متر بر ساعت در حوضه احیاشده افزایش یافت. همچنین، نفوذپذیری نهایی از 4/2 تا 6/86 در حوضه شاهد، به 10/8 تا 15/4 میلی‌متر بر ساعت در حوضه احیاشده رسید. علاوه بر این، در مقایسه با حوضه شاهد، درصد سیلت حدود ۲۰ درصد بیشتر، چگالی ظاهری به‌طور میانگین ۲۰ درصد کمتر و تخلخل خاک حدود ۳۵ درصد بیشتر اندازه‌گیری شد. رطوبت اشباع و ظرفیت زراعی خاک نیز در حوضه احیاشده افزایش نشان دادند (رطوبت اشباع حدود ۳۰ درصد و ظرفیت زراعی بیش از ۱۰ درصد). این تغییرات نشان‌دهنده بهبود کیفیت خاک در اثر عملیات احیا هستند. نتایج شبیه‌سازی مدل: مدل HEC-HMS توانست جریان خروجی حوضه‌ها را با دقت قابل قبولی شبیه‌سازی کند (NSE>0.6 و RMSE<0.5). تطابق بین داده‌های شبیه‌سازی شده و مشاهداتی در حوضه احیاشده، به ‎ویژه در بخش اوج جریان، بیشتر بود. دقت شبیه‌سازی در حوضه احیاشده نسبت به حوضه شاهد بیشتر بود که با یافته‌های مطالعات پیشین هم خوانی دارد. انحرافات هیدروگراف در حوضه شاهد، به ‎ویژه در بخش اوج جریان و نزولی، بیشتر بودند که می‌تواند ناشی از کمبود پوشش گیاهی و افزایش جریان سطحی باشد. نتایج تحلیل حساسیت نشان دادند که پارامترهای حداکثر نگهداشت و شماره منحنی (CN) بیشترین تأثیر را بر دبی اوج داشتند. به‌طور مشخص، افزایش ۳۰ درصدی CN در حوضه شاهد منجر به افزایش دبی اوج به ‎میزان حدود ۲۵ درصد شد، در حالی ‎که در حوضه احیاشده این افزایش حدود ۱۵ درصد بود. همچنین، افزایش ۳۰ درصدی حداکثر نگهداشت در حوضه شاهد باعث کاهش حجم رواناب تا حدود ۳۵ درصد گردید، در حالی‎که در حوضه احیاشده این کاهش به حدود ۲۰ درصد محدود بود. این نتایج نشان می‌دهند که حساسیت مدل به این پارامترها در حوضه احیاشده کمتر است که می‌تواند ناشی از بهبود نفوذپذیری خاک، افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی و ارتقای تاب‌آوری هیدرولوژیکی باشد. سایر پارامترها نظیر شیب آبراهه، زمان تأخیر و ضریب زبری مانینگ نیز بر دبی اوج مؤثر بودند، اما اثر آن‌ها به‌ویژه در درصدهای بالای تغییر، کاهش می‌یافت؛ به‌عنوان مثال، افزایش ۳۰ درصدی ضریب مانینگ در حوضه شاهد تنها باعث کاهش حدود ۵ درصدی دبی اوج شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق نشان می‌دهند که عملیات احیای پوشش گیاهی می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر بهبود ویژگی‌های خاک، افزایش دقت شبیه‌سازی رواناب و کاهش حساسیت مدل‌های هیدرولوژیکی به تغییرات پارامترها داشته باشد. بهبود نفوذپذیری و ظرفیت ذخیره‌سازی آب در حوضه احیاشده نقش مهمی در کاهش رواناب و افزایش دقت پیش‌بینی‌ها ایفا می‌کند. این یافته‌ها می‌توانند در طراحی و اجرای برنامه‌های مدیریت منابع آب و احیای حوزه‌های آبخیز در مناطق مشابه مورد استفاده قرار گیرند.
 

واژه‌های کلیدی: احیای حوزه آبخیز، حجم رواناب، دبی اوج، شماره منحنی، مدل‌سازی هیدرولوژیکی
متن کامل [PDF 2487 kb]   (79 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: هيدرولوژی
دریافت: 1403/11/13 | پذیرش: 1404/2/20
فهرست منابع
1. Almousawi, D., Almedeij, J., & Alsumaiei, A. A. (2020). Impact of urbanization on desert flash flood generation. Arabian Journal of Geosciences, 13(12), 441. [DOI:10.1007/s12517-020-05446-z]
2. Arlimasita, A., & Lasminto, U. (2020). Sensitivity analysis of rainfall-runoff model in malino sub-watershed. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology, 10(4), 1578-1583. [DOI:10.18517/ijaseit.10.4.12803]
3. Asadi, M., Jabari, Y., & Hasadi, H. (2020). Flood modeling in arid and semi-arid regions using the HEC-HMS model (Case study: Esteqlal Dam Basin, Minab). Quantitative Geomorphological Researches, 8(3), 17-33. [In Persian]
4. Balkhair, K. S., Masood, A., Almazroui, M., Rahman, K. U., Bamaga, O. A., Kamis, A. S., Ahmed, I., Al-Zahrani, M. I., & Hesham, K. (2018). Groundwater share quantification through flood hydrographs simulation using two temporal rainfall distributions. Desalination and Water Treatment, 114, 109-119. [DOI:10.5004/dwt.2018.22346]
5. Bayani, H., Bagheri, A., Akbari Nodehi, d., & Karimi, V. (2024). The effect of land use change on runoff using the SWAT model in the Tajen watershed. Journal of Watershed Management Research, 15(2), 77-88. [In Persian] [DOI:10.61186/jwmr.15.2.77]
6. Candela, L., Tamoh, K., Olivares, G., & Gomez, M. (2012). Modelling impacts of climate change on water resources in ungauged and data-scarce watersheds. Application to the Siurana catchment (NE Spain). Science of the Total Environment, 440, 253-260. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2012.06.062]
7. Chow, P. D. VT, 1959. Open-Channel Hydraulics. In: McGraw-Hill, Inc., New York.
8. Fanta, S. S., & Tadesse, S. T. (2022). Application of HEC-HMS for runoff simulation of Gojeb Watershed, Southwest Ethiopia. Modeling Earth Systems and Environment, 8(4), 4687-4705. [DOI:10.1007/s40808-022-01397-4]
9. Fouladi, N. S., A. Raziei, T. (2023). Evaluation of the performance of runoff precipitation model in the simulation of flood hydrograph in April 2018; A case study of Karkheh watershed. Protection of Water and Soil Resources, 13(2), 39-52. [In Persian]
10. Hejazi, M. I., & Markus, M. (2009). Impacts of urbanization and climate variability on floods in Northeastern Illinois. Journal of Hydrologic Engineering, 14(6), 606-616. [DOI:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000020]
11. Heydari Chenari, F., Fazlollahi, R., Nikzad Tehrani, E. (2022). Calibration and evaluation of the HEC-HMS hydrological model parameters in simulating individual rainfall-runoff events (Case study: Tajen Watershed). Journal of Watershed Management Research, 13(26), 69-81. [In Persian] [DOI:10.52547/jwmr.13.26.69]
12. Jafari, F., Moradi, H., & Bagheri, A. (2024). Changes in water discharge in eastern watersheds of Mazandaran province under the influence of climate change. Journal of Watershed Management Research, 15(1), 14-28.‎ [In Persian] [DOI:10.61186/jwmr.15.1.14]
13. Jahanbakhsh Asl, S., Rezaei, B., Rostamzadeh, H., Alinejad, M.H. (2018). Continuous rainfall-runoff simulation of Shaharchay Basin, Urmia, using the HEC-HMS model. Hydrogeomorphology, 5(16), 101-118. [In Persian]
14. Kachhawa, N. S., & Agnihotri, P. G. (2024). Identification of Possible Incoming Runoff using Different Combinations of Extreme Rainfall Events in a Semi-arid Context: Banas River, Bisalpur Dam Catchment. Journal of the Geological Society of India, 100(7), 981-995. [DOI:10.17491/jgsi/2024/173941]
15. Kencanawati, M., Iranata, D., & Maulana, M. A. (2024). An Advanced Empirical NRCS-CN Model Estimation for Ungauged Catchment Insufficient Data. International Journal on Advanced Science, Engineering & Information Technology, 14(2). [DOI:10.18517/ijaseit.14.2.19810]
16. Khalighi Sigaroudi, S., Zeinati Shoa, T., Salajegheh, A., Kohandel, E., & Mortezaei Farizhendi, Q. (2009). Semi-distributed rainfall-runoff modeling in low-data watersheds (Case study: Latian Watershed). National Conference on Watershed Sciences and Engineering (Sustainable Natural Disaster Management), Iran. [In Persian]
17. Malayeri, S., & Bashirgonbad, M. (2024). Estimation of Runoff Height to Analyze the Flood Production Potential of the Watershed Overlooking Malayer City. Journal of Watershed Management Research, 15(1), 29-39. [In Persian] [DOI:10.61186/jwmr.15.1.29]
18. Parsamehr, A. H., Salajegheh, A., Khalighi Sigaroudi, S., Ahmadali, K. (2024). Modeling spatial-temporal rainfall changes for use in dynamic and distributed rainfall-runoff models. Journal of Rangeland and Watershed Science, 77(1), 33-49. [In Persian]
19. Razavizadeh, S., Salajegheh, A., Khalighi Sigaroudi, S., & Jafari, M. (2013). Investigating the impact of land-use changes on flood characteristics using the HEC-HMS model (Case study: Taleghan Watershed). Journal of Rangeland and Watershed Science, 66(3), 373-386. [In Persian]
20. Razmkhah, H., Saghafian, B., Ali, A.-M. A., & Radmanesh, F. (2016). Rainfall-runoff modeling considering soil moisture accounting algorithm, case study: Karoon III River basin. Water Resources, 43, 699-710. [DOI:10.1134/S0097807816040072]
21. Soleimani Sardo, F., Soltani Koupai, S., Salajegheh, A. (2014). Selecting appropriate flood risk indices using the HEC-HMS rainfall-runoff model and GIS/RS techniques (Case study: Jiroft Dam Watershed). Journal of Watershed Management Research, 4(8), 90-105. [In Persian]
22. Soomro, A. G., Babar, M. M., Memon, A. H., Zaidi, A. Z., Ashraf, A., & Lund, J. (2019). Sensitivity of direct runoff to curve number using the SCS-CN method. Civil Engineering Journal, 5, 2738-2746. [DOI:10.28991/cej-2019-03091445]
23. Tassew, B. G., Belete, M. A., & Miegel, K. (2019). Application of HEC-HMS model for flow simulation in the Lake Tana basin: The case of Gilgel Abay catchment, upper Blue Nile basin, Ethiopia. Hydrology, 6(1), 21. [DOI:10.3390/hydrology6010021]
24. USDA, U. (1986). Urban hydrology for small watersheds. Technical Release.
25. Yu, X., & Zhang, J. (2023). The application and applicability of HEC-HMS model in flood simulation under the condition of river basin urbanization. Water, 15(12), 2249. [DOI:10.3390/w15122249]
26. Yuan, W., Lu, L., Song, H., Zhang, X., Xu, L., Su, C., Liu, M., Yan, D., & Wu, Z. (2022). Study on the early warning for flash flood based on random rainfall pattern. Water Resources Management, 36(5), 1587-1609. [DOI:10.1007/s11269-022-03106-3]
ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA
ارسال پیام به نویسنده مسئول

بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به (پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز (علمی-پژوهشی می‌باشد.

طراحی و برنامه نویسی: یکتاوب افزار شرق

© 2026 CC BY-NC 4.0 | Journal of Watershed Management Research

Designed & Developed by: Yektaweb