| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,265 |
| تعداد مقالات | 36,081 |
| تعداد مشاهده مقاله | 55,215,454 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,205,689 |
مدل سازی ضرایب منطقه ای جاستین و ایکار برای آبخیز اترک در شمال شرق ایران | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 31 خرداد 1405 | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2026.372570.1665 | ||
| نویسندگان | ||
| باقر قرمزچشمه1؛ کاظم صابر چناری* 2؛ محمدرضا غریب رضا3 | ||
| 1دانشیار، گروه هیدرولوژی و توسعه منابع آب، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاوزری، تهران، ایران. | ||
| 2استادیار، گروه هیدرولوژی و توسعه منابع آب، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاوزری، تهران، ایران. | ||
| 3دانشیار، گروه مهندسی رودخانه و سواحل، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاوزری، تهران، ایران. | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف برآورد دقیق رواناب سالانه در حوزه‌های آبخیز فاقد ایستگاه آب‌سنجی، یکی از چالش‌های اساسی در مدیریت منابع آب است. اگرچه استفاده از مدل‌های تجربی روشی متداول برای تخمین رواناب در این مناطق به شمار می‌رود، اما کارایی این مدل‌ها نیازمند بهینه‌سازی و بومی‌سازی ضرایب منطقه‌ای آن‌ها بر اساس خصوصیات جغرافیایی هر حوضه است؛ خلأیی که در حوضه‌های بزرگ ایران همچنان احساس می‌شود. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف مدل‌سازی و استخراج روابط منطقه‌ای ضرایب جاستین و ایکار با استفاده از پارامترهای در دسترس حوزه آبخیز اترک انجام شد. هدف نهایی، دستیابی به مدلی بهینه برای برآورد رواناب است که قابلیت تعمیم به حوضه‌های مجاور با شرایط اقلیمی مشابه را نیز داشته باشد. مواد و روش‌ها آبخیز اترک در شمال شرق کشور و در محدوده سه استان شامل شرق استان گلستان، شمال استان خراسان شمالی و بخشی از شمال استان خراسان رضوی با مساحت 18773 کیلومترمربع قرار گرفته است. در این تحقیق، مرزهای آبخیز بزرگ اترک و زیرحوضه‌های آن با استفاده از نقشه‌های پایه، شامل مدل رقومی ارتفاع و شبکه زهکشی، تحدید حدود شد. در این مرحله، ابتدا ایستگاه‌های هیدرومتری موجود در منطقه که دارای حداقل ۲۵ سال آمار مشاهداتی (ثبت‌شده) بودند، به عنوان گزینه‌های اولیه غربال شدند. سپس به‌منظور یکسان‌سازی طول دوره آماری، نواقص داده‌ها با استفاده از روابط همبستگی بازسازی شد. پس از ارزیابی کفایت و تصادفی بودن داده‌ها توسط آزمون ران تست در نهایت ۱۵ ایستگاه هیدرومتری با یک دوره آماری مشترک (پایه) ۳۳ ساله برای انجام پژوهش و مدل‌سازی انتخاب گردیدند. با استفاده از مقادیر میانگین دبی سالانه ایستگاه‌های انتخاب‌شده، همراه با اطلاعات فیزیوگرافی و هواشناسی استخراج‌شده و روابط تجربی جاستین و ایکار، ضریب منطقه‌ای در محل هر ایستگاه هیدرومتری تخمین زده شد. در مرحله بعد، مدل‌های همبستگی تک متغیره و چند متغیره با استفاده از شاخص‌های مورفوکلیماتیک و ضرایب منطقه‌ای ایستگاه‌ها توسعه داده شد. روابط منطقه‌ای پیشنهادی با استفاده از معیارهای کارایی ضریب همبستگی، ریشه دوم میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق خطا ارزیابی و به دنبال آن مدل با عملکرد مناسب برای تخمین ضرایب منطقه‌ای در سراسر حوزه آبخیز اترک به کار گرفته شد. نتایج و بحث نتایج آزمون ران تست نشان داد که داده‌ها تصادفی و از نظر آماری معتبر هستند. در مدل جاستین، ضریب همبستگی تک متغیره با مساحت، شیب، کاربری اراضی و زمین‌شناسی از ۴۱ تا ۸۷ درصد متغیر بود، درحالی‌که در مدل چند متغیره ضریب همبستگی 94/0 با خطاهای کمتر (ریشه دوم مربعات خطا و میانگین مطلق خطا چند متغیره به ترتیب 09/0 و 06/0) دست یافت. برای مدل ایکار، همبستگی‌های تک متغیره به ترتیب ۴۵، ۶۳، ۴۷ و ۷۸ درصد با خطاهای بزرگ‌تر بودند، درحالی‌که مدل چند متغیره به همبستگی 7/93 و خطاهای کمتر (ریشه دوم مربعات خطا و میانگین مطلق به ترتیب 28/0 و 21/0) رسید. به‌طورکلی، رگرسیون‌های چند متغیره در تخمین ضرایب منطقه‌ای برای هر دو مدل بهتر عمل کردند و هر دو مدل همبستگی‌های بالای ۹۰ درصد داشتند. بااین‌حال، خطای مدل ایکار حدود سه برابر مدل جاستین بود. ازاین‌رو، مدل جاستین برای حوضه آبخیز اترک مناسب‌تر است. دامنه ضریب منطقه‌ای برای جاستین و ایکار در واحدهای هیدرولوژیکی اترک به ترتیب 027/0 تا 722/0 و 0 تا 42/2 است. در مورد اثرات عوامل، شیب رابطه مثبتی با ضریب منطقه‌ای دارد، درحالی‌که مساحت، کاربری اراضی و زمین‌شناسی روابط منفی دارند. زمین‌شناسی بالاترین همبستگی را نشان داد؛ سازندهای نفوذپذیر با جذب آب سطحی، ضریب منطقه‌ای و رواناب را کاهش می‌دهند. کاربری اراضی همچنین از طریق نفوذپذیری، تبخیر و پوشش گیاهی بر ضریب رواناب تأثیر می‌گذارد؛ در جنگل‌ها و مراتع، جذب و نفوذ بیشتر منجر به ضرایب رواناب کمتر می‌شود. به‌طورکلی، شیب و مساحت همبستگی کمتری دارند و در حوزه‌های آبخیز کوچک و مرتفع با بارندگی کمتر، هم عمق جریان و هم ضرایب رواناب کمتر است. نتیجه‌گیری و پیشنهادها یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که بومی‌سازی ضرایب مدل‌های تجربی مانند جاستین و ایکار از طریق متغیرهای فیزیوگرافی و اقلیمی، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر در مدیریت حوضه‌های فاقد آمار است. با توجه به تفاوت‌های اقلیمی منطقه مورد مطالعه، استفاده از ضرایب ثابت و عمومی می‌تواند منجر به خطای فاحش در تخمین رواناب شود؛ لذا روابط رگرسیونی ارائه شده در این تحقیق، ابزاری کاربردی برای کارشناسان و مدیران منابع آب در حوضه اترک فراهم می‌آورد تا بدون نیاز به ایستگاه‌های هیدرومتری، برآورد دقیق‌تری از پتانسیل رواناب سالانه داشته باشند. بر این اساس، پیشنهاد می‌گردد در مطالعات آتی، کارایی این روابط در حوضه‌های مجاور با شرایط اقلیمی مشابه نیز مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین با توجه به تغییرات کاربری اراضی و اقلیم در سال‌های اخیر، توصیه می‌شود تأثیر پارامترهای پوشش گیاهی و ضریب نفوذپذیری خاک نیز در قالب مدل‌های غیرخطی یا هوش مصنوعی در این حوضه بررسی شود تا دقت برآوردها بیش از پیش افزایش یابد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| ضریب منطقه‌ای؛ جاستین؛ ایکار؛ اترک؛ رواناب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Modeling the Justin and Icar regional coefficients for the Atrak Watershed, Northeastern Iran | ||
| نویسندگان [English] | ||
| bagher ghermezcheshmeh1؛ kazem saberchenari2؛ Mohammad Reza Garibreza3 | ||
| 1Associate Professor, Department of Hydrology and Water Resources Development, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran. | ||
| 22- Assistant Professor, Department of River Engineering, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran, | ||
| 3Associate Professor, Department of River and Coastal Engineering Department, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Accurate estimation of annual runoff in ungauged watersheds remains a fundamental challenge in water resources management. Although employing empirical models is a common approach for runoff estimation in such regions, their efficiency necessitates the optimization and localization of their regional coefficients based on the specific geographical characteristics of each basin—a research gap that is still evident across large watersheds in Iran. Accordingly, the present study aimed to model and derive the regional relationships of the Justin and Icar coefficients using the available parameters of the Atrak watershed. The ultimate objective is to develop an optimal model for runoff estimation that can be generalized to adjacent basins with similar climatic conditions. Materials and Methods The Atrak watershed, covering an area of 18,773 square kilometers, is located in northeastern Iran, extending across three provinces: eastern Golestan, northern North Khorasan, and a portion of northern Razavi Khorasan. In this study, the boundaries of the Atrak watershed and its sub-basins were delineated using base maps, including a Digital Elevation Model (DEM) and the drainage network. Initially, hydrometric stations within the region possessing a minimum of 25 years of observational data were screened as primary candidates. Subsequently, to standardize the length of the statistical period, missing data were reconstructed using correlation methods. Following the evaluation of data adequacy and randomness via the Run test, 15 hydrometric stations with a common base statistical period of 33 years were ultimately selected for modeling and further analysis. Using the mean annual discharge values of the selected stations, along with the extracted physiographic and meteorological data, the regional coefficients for the Justin and Icar empirical models were estimated at each hydrometric station. In the subsequent phase, univariate and multivariate regression models were developed using morphoclimatic indices and the stations’ regional coefficients. The proposed regional relationships were evaluated using performance metrics, including the Correlation Coefficient (R), Root Mean Square Error (RMSE), and Mean Absolute Error (MAE). Finally, the best-performing model was applied to estimate the regional coefficients across the entire Atrak watershed. Results and Discussion Initially, the runs test indicated that the data were random and statistically valid. In the Justin model, the univariate correlations with area, slope, land use, and geology ranged from 41% to 87%, whereas the multivariate model achieved a correlation of 0.94 with lower errors (RMSE = 0.09, MAE = 0.06). For the Icar model, the univariate correlations were 45%, 63%, 47%, and 78%, respectively, with larger errors, while the multivariate model reached a 93.7% correlation and lower errors (RMSE = 0.28, MAE = 0.21). Overall, multivariate regressions performed better in estimating the regional coefficients for both models, and both models had correlations above 90%. However, the error of the Icar model was roughly three times that of the Justin model; therefore, the Justin model is better suited to the Atrak watershed. The range of the regional coefficient for Justin and Icar in the hydrologic units of Atrak is 0.027 to 0.722 and 0 to 2.42, respectively. Regarding factor effects, slope has a positive relationship with the regional coefficient, while area, land use, and geology have negative relationships. Geology showed the highest correlation; permeable formations reduce the regional coefficient and runoff by absorbing surface water. Land use also affects the runoff coefficient through permeability, evaporation, and vegetation cover; in forests and rangelands, greater interception and infiltration result in lower runoff coefficients. Overall, slope and area have lower correlations, and in small, high-elevation catchments with lower precipitation, both flow depth and runoff coefficients are lower. Conclusion and Suggestions The findings of this research indicate that localizing the coefficients of empirical models, such as Justin and Icar, using physiographic and climatic variables is an essential requirement for the management of ungauged watersheds. Given the climatic variations within the study area, the application of constant and generalized coefficients can lead to substantial errors in runoff estimation. Consequently, the regression relationships developed in this study provide a practical tool for water resource experts and managers in the Atrak watershed, enabling more accurate estimations of the annual runoff potential without the need for hydrometric stations. Accordingly, it is recommended that future studies evaluate the performance of these relationships in adjacent watersheds with similar climatic conditions. Furthermore, considering recent changes in land use and climate, it is suggested to investigate the impact of vegetation parameters and soil permeability coefficients using non-linear or artificial intelligence models within this watershed to further enhance the accuracy of the estimations. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Regional coefficient, Justin, Icar, Atrak, Runoff | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 122 |
||