پایان نامه شبیه سازی هیدرولوژیک فرایند تشکیل جریان سطحی در حوضه آبریز به روش توزیع مکانی

فهرست و منابع پایان نامه شبیه سازی هیدرولوژیک فرایند تشکیل جریان سطحی در حوضه آبریز به روش توزیع مکانی

فهرست:

    عنوان                                                                                                       صفحه 

چکیده ..................................................................................................................................................................

فصل اول: کلیات ................................................................................................................................................

    1-1-  مقدمه .......................................................................................................................................................      3 

   1-2-  فواید مدل سازی به روش توزیعی ......................................................................................................     4 

   1-3-  معرفی مدل توزیعی ..............................................................................................................................      5 

   1-4-  بیان ریاضی مدل توزیعی .....................................................................................................................      7 

   1-5-  فرایند تشکیل جریان سطحی .............................................................................................................     9 

                1-5- 1- مازاد نفوذ ...............................................................................................................................      9 

                1-5- 2- مازاد اشباع ............................................................................................................................    12 

    1-6- زبری هیدرولیکی ...................................................................................................................................     13 

  1-7-  شبکه آبراهه ای و قدرت تفکیک مکانی ...........................................................................................    14 

    1-8-  توزیع مکانی بارش .................................................................................................................................    14 

   1-9-  واسنجی مدل توزیعی ...........................................................................................................................    15 

    1-10- اهداف تحقیق ......................................................................................................................................     15 

    فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته ..........................................................................................................     17 

    2-1-  مقدمه .......................................................................................................................................................     18 

2-2-  استفاده از مدل های توزیعی در شبیه سازی فرایند تشکیل جریان سطحی ............................  18 

2-2- 1- سابقه تحقیق در زمینه مدل توزیعی GSSHA .............................................................  21 

2-3-  سابقه تحقیق در زمینه مقایسه مدل های توزیعی و یکپارچه ......................................................  23 

فصل سوم: مبانی RS ،GIS وکاربرد آنها در مدل های توزیعی ...............................................................  25 

    3-1-  مقدمه .......................................................................................................................................................    26 

  3-2-  سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ...................................................................................................  27 

                3-2- 1- تعریف .....................................................................................................................................    27 

               3-2- 2- ساختار داده ها در GIS .......................................................................................................   30 

                3-2- 3- تصویر سازی ..........................................................................................................................   31 

                3-2- 4- مدلهای ارتفاعی رقومی .......................................................................................................   32 

    3-2- 5- استخراج شبکۀ آبراهه ها از DEM ....................................................................................   33 

  3-3-  ماژولهای ارائه شده برای پردازش داده های هیدرولوژیک .............................................................   34 

               3-3- 1- ماژولهای هیدرولوژیک ARC/INFO ..............................................................................    34 

35             ....................... GRASS (Geographic Resource Analysis Support System) -2 -3-3

36             ............................................................................ HEC-GeoHMS و HEC-GeoRAS -3 -3-3

36             .............................................................................. CRWR-PrePro و HECPREPRO -4 -3-3

37             ......................................................... TOPographic ParameteriZation (TOPAZ) -5 -3-3

  37  ................................................................... Watershed Modeling System (WMS)  -6 -3-3

  3-4-  مدلهای توزیعی حوضه های آبریز ........................................................................................................  38 

         39     ......................................................................................................................... AGNPS 98 -1 -4-3

  39  ............................................................................................................................. CASC2D -2 -4-3

  41  ................................................................................................................................ GSSHA -3 -4-3

41             .............................................................................................. HEC-HMS و HEC-RAS -4 -4-3

42             ............................................................. Systéme Hydrologiaue Européen (SHE) -5 -4-3

43             .................................................................................................................................. SWAT  -6 -4-3

44             .................................................................................................................... TOPMODEL -7 -4-3

    3-5-  سنجش از دور ( RS ) .........................................................................................................................    44 

                3-5- 1- تعریف .....................................................................................................................................    44 

                3-5- 2- مزایای سنجش از دور .........................................................................................................    45 

                3-5- 3-  علائم طیفی پدیده ها ........................................................................................................    46 

3-5- 3-1- انعکاس طیفی گیاهان ..............................................................................................  47 

                           3-5- 3-1-1- شاخص گیاهی تفاضلی نرمال شده ( NDVI ) ......................................  48 

3-5- 3-2- انعکاس طیفی خاک .................................................................................................  49 

3-5- 3-3- انعکاس طیفی آب .....................................................................................................  50 

               3-5- 4- سیستم های سنجش از دور ..............................................................................................    51 

3-5- 4-1- سری ماهواره های لندست ......................................................................................  51 

                3-5- 5- تهیه تصاویر رنگی ترکیبی .................................................................................................    52  

              3-5- 6-  استخراج اطلاعات مفید از داده های دور سنجی ..........................................................  54 

                      3-5- 6- 1- تفسیر چشمی ............................................................................................................  54 

3-5- 6- 2-  تجزیه و تحلیل رقومی ............................................................................................  54      

                     3-5- 6- 2-1- طبقه بندی نظارت شده .....................................................................................   55 

                     3-5- 6- 2-2- روشهای طبقه بندی بدون نظارت ....................................................................   57 

   فصل چهارم: مدل سازی فرایند تشکیل رواناب سطحی ...........................................................................    58 

    4-1-  مقدمه .......................................................................................................................................................    59  

4-2-  مدل توزیعی GSSHA ..........................................................................................................................  59 

                   4-2- 1- روندیابی صریح جریان در کانال ....................................................................................    62 

                   4-2- 2- روندیابی جریان سطحی ..................................................................................................     64 

                   4-2- 3- مدل نفوذ گرین و امپت ...................................................................................................    67 

   4-3-  مدل یکپارچه کلارک ............................................................................................................................    69 

4-3- 1- روش نفوذ سازمان حفاظت خاک (SCS) ........................................................................  70 

4-3- 2- روندیابی رواناب .....................................................................................................................  70 

  4-4-  مدل شبه توزیعی کلارک توسعه یافته  ............................................................................................  72 

   4-5-  شبیه سازی بارش در مدل توزیعی ....................................................................................................    74 

    4-5- 1- روش وزن دهی معکوس فاصله .........................................................................................    75 

4-6- واسنجی و اعتبارسنجی .........................................................................................................................  77 

                4-6-1-  تابع هدف ...............................................................................................................................    78 

                4-6-2-  واسنجی دستی .....................................................................................................................    79 

                4-6-3-  واسنجی خودکار ...................................................................................................................    81 

    فصل پنجم: منطقه مطالعاتی ..........................................................................................................................    82

5-1-  معرفی منطقه مطالعاتی ........................................................................................................................  83

   5-2-  برآورد نفوذپذیری و شماره منحنی بصورت توزیعی .......................................................................  84

   5-2-  بارش و سیلاب .......................................................................................................................................    89

5-2- 1- دادههای همزمان بارش– رواناب .......................................................................................  91

  فصل ششم: شبیه سازی رواناب سطحی در منطقه مطالعاتی با استفاده از مدل های GSSHA،          

        101    ................................................................................................................................... Clark و ModClark

     6-1- مقدمه .......................................................................................................................................................   102

   6-2- اجرای مدل توزیعی GSSHA در منطقه مطالعاتی .....................................................................  102

ح

  6-3- اجرای مدل شبه توزیعی ModClark در منطقه مطالعاتی ....................................................... 108

   6-4- اجرای مدل یکپارچه Clark در منطقه مطالعاتی .......................................................................... 111

6-5- واسنجی مدل ها .....................................................................................................................................  113

6-5- صحت سنجی مدل ها ...........................................................................................................................  130

فصل هفتم ...........................................................................................................................................................  135 7-1-  نتیجه گیری ............................................................................................................................................  136

7-1-  پیشنهادات ...............................................................................................................................................  137

منابع .....................................................................................................................................................................

منابع فارسی ...........................................................................................................................................منابع لاتین .............................................................................................................................................  141

منبع:

اسلامی, ح. ر., سامانی, ج.,  قادری, ک. (1383). واسنجی خودکار مدل بارش رواناب با استفاده از SCE.

اولین کنفرانس سالانه مدیریت منابع آب ایران.  

الوانکار, س. ر. (1386). هیدرولوژی مهندسی. تهران: دانشگاه آزاد اسلامی-  واحد تهران جنوب. 

الوانکار, س., ثقفیان, ب.,  صدقی, ح. (1385). بررسی تاثیر توان تفکیک مکانی یک مدل هیدرولوژیک در شبیه سازی دبی اوج سیل. مجله علمی-پژوهشی علوم کشاورزی سال دوازدهم، شماره 2 . 

ثقفیان, ب.,  قرمز چشمه, ب. (1387). تغییرات مکانی شدت سیل خیزی. تحقیقات منابع آب ایران, سال چهار, شماره یک . 

حیدری, ع. (1382). واسنجی مدلهای توزیعی – مفهومی و یکپارچه حوضه آبریز. چهارمین کنفرانس هیدرولیک ایران .

درویش صفت, ع. (1377). جزوه درس سنجش از دور برای دانشجویان کارشناسی ارشد"، انتشارات دانشگاه تهران.  

رحیمی, ح.,  خالدی, ه. (1383). سیستم های اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور. کارگاه آموزشی کاربرد GIS و RS در آبیاری و زهکشی . 

سعادت سرشت, م.,  عزیز محمدی, م. (1383). مروری بر مفاهیم و ابزارهای امروزی تفسیر و تحلیل تصاویر سنجش از دور. کارگاه آموزشی کاربرد GIS و RS در آبیاری و زهکشی . 

طباطبایی, س., ثقفیان, ب.,  روغنی, م. (1384). توسعه مدل توزیعی زمان تمرکز حوزه های آبخیز با بکارگیری GIS و برنامه نویسی شی گرا. سومین همایش ملی فرسایش و رسوب.  

فاطمی, س. ب.,  رضایی, ی. (1384). مبانی سنجش از دور. تهران: انتشارات آزاده. 

فروزانی, ع., ثقفیان, ب., ایوب زاده, س.,  قرمز چشمه, ب. (1383). مدل سازی سیل خروجیاز حوضه به صورت توزیعی به کمکسیستم اطلاعات جغرافیایی. اولین کنفرانس سالانه مدیریت منابع آب ایران.  

محمد صالحی, پ., رائینی سرجاز, م.,  ضیاءتبار احمدی, م. (1386). شبیهسازی بارش - رواناب با مدل ریاضی مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی برای حوزه آبریز امامه. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی , جلد پانزدهم، شماره اول، ویژه نامه منابع طبیعی. 

یعقوب زاده, م. (1387). تعیین شماره منحنی رواناب حوضه آبریز با استفاده از GIS و RS (مطالعه موردی حوضه آبریز منصورآباد بیرجند). پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید باهنر کرمان، صفحه 135 . 

Abu El-Nasr, A., Arnold, J. G., Feyen, J., and Berlamont, J. (2005). Modelling the hydrology of a catchment using a distributed and a semi-distributed model. Hydrol. Process. 19 , 573–587.

Chow, V. T., Maidment, D. R., and Mays, L. W. (1988). Applied hydrology. New York: McGraw-Hill.

Clark, C. O. (1945). Storage and the Unit Hydrograph. ASCE Transactions, 110 , 1419-1446.

Desconnets, J., Vieux, B., Cappelaere, B., and Delclaux, F. (1996). A GIS for hydrologic modeling in the semi-arid, HAPEX-Sahel experiment area of Niger Africa. Trans. in GIS,1(2) , 82-94.

Dodson. (1992). Hands on HEC-1. Technical Rep. No. 88, Dodson and Associates. Houston, Tex .

Downer, C. W., and Ogden, F. L. (2006). Gridded Surface Subsurface Hydrologic Analysis (GSSHA) User’s Manual. Washington, DC: U.S. Army Corps of Engineers.

Downer, C. W., and Ogden, F. L. (2004). GSSHA: Model To Simulate Diverse Stream Flow Producing Processes. Journal Of Hydrologic Engineering , 161-.471

Downer, C. W., Ogden, F. L., Martin, W. D., and Harmon, R. S. (2002). Theory, development, and applicability of the surface water hydrologic model CASC2D. Hydrol. Process. 16, , 255–.572

Dunne, T., Moore, T., and Taylor, C. (1975). Recognition and prediction of runoffproducing zones in humid regions. Hydrological Sciences Bulletin, 20(3) , 305-327.

Fong, M. T., Downer, C. W., and Byrd, A. R. (2007). A GSSHA Model of the Perris Basin of the San Jacinto River Watershed, Riverside County, California. ERDC/CHL CHETN-III-76 .

HEC. (2008). Hydrologic Engineering Center HEC-HMS User’s Manual. US Army Corps of Engineers,Davis, California .

HEC. (2006). Hydrologic Engineering Center HEC-DSSVue User’s Manual. US Army Corps of Engineers, Davis, California .

HEC. (2000). Hydrologic Engineering Center HEC-HMS Technical Reference Manual. US Army Corps of Engineers, Davis, California .

Hendrickx, J. M., Pradhan, N. R., Hong, S.-h., Ogden, F. L., Byrd, A. R., and Toll, D. (2009). Improvement of Hydrologic Model Soil Moisture Predictions Using SEBAL Evapotranspiration Estimates. Proc. of SPIE Vol. 7303 .

Johnson, B. E., and Gerald, T. K. (2006). Development of nutrient submodules for use in the gridded surface subsurface hydrologic analysis (GSSHA) distributed watershed model. Journal of the American Water Resources Association .

Julien, P., and Saghafian, B. (1991). CASC2D User’s Manual. Civil Engineering Report. Dept. of Civil Engineering, Colorado State University, Fort Collins, Colorado .

Kalin, L., and Hantush, M. H. (2006). Comparative assessment of two distributed watershed models with application to a small watershed. Hydrol. Process. 20 , 2285–.7032

Khan, A. Q., and Ormsbee, L. E. (1989). A comparison of two hydrologic models for steeply sloping forested watersheds. Journal of Hydrology , 109: 325.943

Kirpich, Z. (1940). Time of concentration of small agricultural watersheds.

Civil Eng 10:362–368 .

Klemes, V. (1986). Operational testing of hydrological simulation models. Hydrol. Sci. J., 31(1) , 13-24.

Kull, D., and Feldman, A. (1998). Evolution of clark's unit graph method to spatially distributed runoff. Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 3(1) , 9-19.

Liu, Y., Gebremeskel, S., De Smedt, F., Hoffmann, L., and Pfister, L. (2003).

A diffusive transport approach for flow routing in GIS-based flood modeling. Journal of Hydrology , 91–106.

Loague, K. (1988). Impact of rainfall and soil hydraulic property information on runoff predictions at the hillslope scale. Water Resour. Res., 24(9) , 1501-1510.

Loague, K. M., and Freeze, R. A. (1985). A Comparison of Rainfall-Runoff Modeling Techniques on Small Upland Catchments. Water Resources Research, Vol. 21,No. 2 , 229-248.

Maneta, M., Schnabel, S., and Jetten, V. (2008). Continuous spatially distributed simulation of surface and subsurface hydrological processes in a small semiarid catchment. Hydrol. Process. 22 , 2196–2214.

Melesse, A., and Graham, W. (2004). Storm runoff prediction based on a spatially distributed travel time method utilizing remote sensing and GIS. Journal of the American water resources association, Vol. 40, No. 4 , 863-879.

Meselhe, E. A., Habib, E. H., Oche, O. C., and Gautam, S. (2009). Sensitivity of Conceptual and Physically Based Hydrologic Models to Temporal and Spatial Rainfall Sampling. Journal Of Hydrologic Engineering , 711-720.

Michaud, J., and Sorooshian, S. (1994). Comparison of simple versus complex distributed runoff models on a midsized semiarid watershed. WATER RESOURCES RESEARCH, VOL. 30, NO. 3 , 593-.506

Mulungu, D. M., Ichikawa, Y., and Shiiba, M. (2005). A physically based distributed subsurface–surface flow dynamics model for forested mountainous catchments. Hydrol. Process. 19 , 3999–.2204

Nelder, J. A., and Mead, R. (1965). A simplex method for function minimization. Computer Journal, 7 , 308-.313

Niedzialek, J. M., and Ogden, F. L. (2003). Physics-Based Distributed Rainfall-Runoff Modeling of UrbanizedWatersheds Revisited with GSSHA. World Water Congress. ASCE.

Ogden, F. L., Garbrecht, J., DeBarry, P. A., and Johnson, L. E. (2001). GIS and Distributed Watershed Models. I: Data Coverages and Sources. Journal of Hydrologic Engineering, 6(6) , 506–514.

Ogden, F. L., Garbrecht, J., DeBarry, P. A., and Johnson, L. E. (2001). GIS and Distributed Watershed Models. II: Modules, Interfaces, and Models. Journal of Hydrologic Engineering, 6(6) , 515–523.

Olivera, F., and Maidment, D. (1999). Geographic information systems (GIS)based spatially distributed model for runoff routing. Water Resources Research, Vol. 35, No. 4 , 1155–1164.

Paudel, M., Nelson, E. J., and Scharffenberg, W. (2009). Comparison of Lumped and Quasi-Distributed Clark Runoff Models Using the SCS Curve Number Equation. Journal Of Hydrologic Engineering , 1098-1106.

Peters, L., and Easton, D. (1996). Runoff simulation using radar rainfall data. Water Resources Bulletin,AWRA, 32(4) , 753-760.

Ponce, V. M. (1989). Engineering hydrology principles and Practices. Prentice hall. Englewood cliffs, New Jersey, USA .

Rawls, W., Brakensiek, D., and Miller, N. (1983). Green-Ampt infiltration parameters from soils data. J. of Hydraulic Engineering ASCE , 109(1): 62-70., 109(1): 62-70.

Refsgaard, J. C. (1994). Model and data requirement for simulation of runoff and land surface processes in relation to global circulation models, in Global Environmental Change and Land Surface Processes in Hydrology: The Trials and Tribulations Of Modeling and Measuring. Springer-Verlag,New York .

Ruelland, D., Ardoin-Bardin, S., Billen, G., and Servat, E. (2008). Sensitivity of a lumped and semi-distributed hydrological model to several methods of rainfall interpolation on a large basin in West Africa. Journal of hydrology, Vol. 361 , 96.711

Sabins, F. (1997). Remote Sensing. Principles and Interpretation. San Francisco: Freeman and Co.

Salah, A. M., and Nelson, E. J. (2006). Stochastic GIS-Based Water Resources/Quality Modeling of the Land Water Interface. World Environmental and Water Resources Congress. ASCE.

Turcotte, R., Fortin, J., Rousseau, A., Massicotte, S., and Villeneuve, J. (2000). Determination of the drainage structure of a watershed using a digital elevation model and digital river and lake network. Journal of Hydrology, 240 , 225-242.

USDA-SCS. (1985). Soil Conservation Service. National Engineering Handbook, Section 4: Hydrology , Washington, DC.

Vieux, B. E. (2004). DISTRIBUTED HYDROLOGIC MODELING USING GIS. Kluwer Academic Publishers.

Vieux, B. (1988). Finite Element Analysis of Hydrologic Response Areas

Using Geographic Information Systems. Department of Agricultural Engineering, Michigan State University.A dissertation submitted in partial fulfillment of the degree of Doctor of Philosophy.

Wang, G., and Chen, S. (1995). A linear spatially distributed model for a surface rainfall- runoff system. Journal of Hydrology, 185 , 183-198.

xmswiki. (2010). WMS:GSSHA Calibration (Manual). Retrieved march 21, 2010, from xmswiki: http://www.xmswiki.com/xms/WMS:GSSHA_Calibration_(Manual)