بررسی روش های مختلف استخراج جریان پایه با استفاده از شاخص منحنی تداوم جریان(مطالعه موردی: ناحیه خزری)

سابقه و هدف استخراج جریان پایه و شاخص مربوطه، همواره یکی از موضوعات مهم در هیدرولوژی بوده و اطلاع از میزان آن نقش مهمی در مدیریت بهینه منابع آب دارد. توسعه روش های آنالیز جریان پایه از هیدروگراف جریان، یک تاریخچه طولانی مدت دارد که به پژوهش های تئوری و تجربی هورتون، بر می گردد (5). در این خصوص، مرور منابع متعدد و مفیدی برای نشان دادن روند پیشرفت ارائه شده است (27؛25؛ 14). روش های مختلف آنالیز جریان با استفاده از روش همبستگی، توسط ناتان و مک ماهون (1990) مورد بررسی قرارگرفت، آن ها روش ساده فیلتر رقومی یک پارامتره با ضریب پارامتر 925/0 را پیشنهاد دادند (18) . روش های مختلف گرافیکی، رقومی و روش های مبتنی بر ردیاب ها توسط گونزالس و همکاران(2009) در حوزه های واقع در زمین های پست کشور هلند، مورد پژوهش قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش های مبتنی بر ردیاب ها، مطابقت مناسبی با مشاهدات و برداشت های صحرایی دارد، آن ها نتیجه گرفتند که روش اکهارد روش مناسبی برای حوزه های واقع در زمین های پست می باشد(12) . با بررسی های انجام شده، مشخص شد که در رابطه با مقایسه روش های مختلف استخراج جریان پایه در اقالیم مختلف در سطح کشور پژوهش کافی انجام نشده است. هدف از این پژوهش،بررسی روش های مختلف استخراج جریان پایه با استفاده ازشاخص منحنی تداوم جریان، به منظور انتخاب مناسب ترین روش است مواد و روش ها در این پژوهش، جریان پایه و شاخص آن با استفاده از جریان روزانه بیست ایستگاه هیدرومتری واقع در ناحیه خزری و الگوریتم-های حداقل محلی، فواصل ثابت، فواصل متحرک، فیلتر رقومی برگشتی یک پارامتره، فیلتر رقومی برگشتی دو پارامتره، فیلتر رقومی برگشتی B-Flow و فیلتر رقومی برگشتی چاپمن استخراج شد. ضرایب فیلترهای استفاده شده در محدوده موردنیاز هر روش و با توجه به بهترین پاسخ داده شده به تغییرات ضرایب و با استفاده از قابلیت نمایش گرافیکی نرم افزار Hydro Office و مقایسه چشمی انتخاب شد. منحنی تداوم جریان کلیه ایستگاه ها ترسیم و شاخص هایQ90,Q50 و نسبت هیدرولوژیکی Q90/Q50 استخراج شد. مقادیر شاخص جریان پایه به دست آمده با استفاده از معیارهای میانگین مطلق خطا، انحراف معیار،خطای برآورد استاندارد و ضریب -تعیین و روابط همبستگی با نسبت هیدرولوژیکی Q90/Q50تحلیل شد. با توجه به اینکه شاخص های مستخرج از منحنی تداوم جریان با استفاده از داده های اندازه گیری و مشاهده ای محاسبه می گردد و این شاخص به عنوان شاخص مربوط به مشارکت منابع آب های زیرزمینی در جریان رودخانه شناخته شده است، لذا به عنوان نماینده جریان واقعی برای بررسی ومقایسه مدل های استخراج آب پایه از هیدروگراف جریان رودخانه استفاده شد. یافته ها نتایج نشان داد، میانگین سالیانه شاخص مربوطه در کل دوره، بین حداقل 56/0 و حداکثر 91/0 نوسان می کند که به ترتیب متعلق به روش فیلتر رقومی برگشتی یک پارامتره و فیلتر رقومی برگشتی B-Flow می باشد. این مقدار نشان دهنده مشارکت بالای آب های زیرسطحی در تامین جریان رودخانه در منطقه پژوهش است. ماتریس همبستگی بین میانگین سالیانه طولانی مدت حاصل از تمام روش ها در منطقه مورد پژوهش با شاخص حاصل از منحنی تداوم جریان نشان داد که بالاترین ضریب تعیین، بین روش های مختلف با شاخص منحنی تداوم جریان به میزان 82/0 بین روش های B-Flow و Q90/Q50 بود و کمترین آن به روش چاپمن و فواصل ثابت تعلق گرفت. مقایسه انحراف معیار روش ها، نشان داد که روش B-FLOWکمترین انحراف معیار را دارد. در ضمن این روش، بالاترین همبستگی را با شاخص منحنی تداوم جریان دارد، لذا با توجه به این دو شاخص، روش فیلتر رقومی برگشتی B-FLOWنسبت به روش های دیگر، گزینه مناسبتری تشخیص داده شد. با توجه به معیار میانگین مطلق خطا و خطای برآورد استاندارد، روش یک پارامتره بهترین برآورد را دارد. نتیجه گیری در جمع بندی کلی نتایج تحلیل آماری، روش فیلتر رقومی برگشتی یک پارامتره به دلیل حداقل میانگین مطلق خطا، کمترین میزان خطای برآورد استاندارد و همبستگی مناسب با ضریب تعیین 71/0 با شاخص تداوم جریان، مناسب ترین روش برای استخراج جریان-پایه و شاخص آن به دست آمد. این روش در غیاب روش های مبتنی بر ردیاب ها، به عنوان مناسب ترین روش در منطقه مورد پژوهش، تشخیص داده شد.

Keywords:

تداوم جریان , تفکیک هیدروگراف , حوضه خزر , فیلترهای رقومی , BFI