Iranian Jornal of Watershed Management Science&Engineering

fa ارزیابی عملکرد مدل HEC-HMS در شبیه سازی هیدروگراف سیل رودخانه کرج با رویکرد تلفیقی Performance Assessment of the HEC-HMS Hydrological Model for Flood Event Simulation in the Karaj River Watershed with an integrated approach تخصصي Special پژوهشي Research در چند دهه اخیر، وقوع سیلاب‌های مخرب در حوزه‌های آبخیز کشور، خسارات جانی و مالی گسترده‌ای را به جوامع انسانی، زیرساخت‌ها و اکوسیستم‌های طبیعی وارد ساخته است. در این راستا شبیه‌سازی بارش- رواناب و تولید هیدروگراف، کاربرد فراوانی درکمک به تحلیل رفتار حوزه در مقابل بارش و دستیابی به خصوصیات سیلاب نظیر دبی اوج و زمان رسیدن به دبی اوج خواهد داشت. در پژوهش حاضر، کارایی مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS در شبیه‌سازی رواناب ناشی از بارش در حوزه آبخیز کرج مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل با استفاده از روش شماره منحنی برای برآورد تلفات، روش هیدروگراف واحد کلارک مبتنی بر مفاهیم هیدروگراف واحد لحظه‌ای و فرآیندهای انتقال و ذخیره‌سازی برای تبدیل بارش مؤثر به رواناب، و روش روندیابی ماسکینگام-کانژ به منظور روندیابی هیدروگراف، پیکربندی گردید. داده‌های ورودی شامل سری‌های زمانی بارش و دبی ایستگاه‌های بارانسنجی و هیدرومتری، مدل رقومی ارتفاعی با قدرت تفکیک مکانی بالا، نقشه کاربری اراضی و گروه‌های هیدرولوژیکی خاک بودند. واسنجی مدل بر روی پارامترهای قابل‌تنظیم شامل شماره منحنی (CN)، تلفات اولیه (Ia)، زمان تمرکز (Tc) و ضریب ذخیره‌سازی (R) متمرکز گردید. به‌منظور ارزیابی جامع عملکرد مدل و شناسایی بهترین برآوردگر، پنج تابع هدف شامل درصد خطای دبی اوج (PEP)، درصد خطای حجم جریان (PEV)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، مجموع مربعات باقی‌مانده (SSR) و مجموع قدر مطلق باقیمانده(SAR) مورد استفاده قرار گرفت. همچنین، تحلیل حساسیت پارامترها با روش تغییر یک‌باره در بازه ۲۰±درصد انجام و مشخص نمود که پارامتر شماره منحنی بیشترین تأثیر را بر خروجی مدل دارد. به‌گونه‌ای که کاهش ۲۰درصدی آن، دبی اوج را از مقدار پایه ۳۰۰ به m3/s۲۵۰ کاهش داده که معادل ۱۶/۶درصد کاهش است. نتایج ارزیابی عملکرد مدل نشان داد که مدل توانسته فرآیند بارش–رواناب را با دقتی در محدوده‌ی خوب تا قابل قبول شبیه‌سازی کند. در مرحله واسنجی، میانگین خطای زمان اوج ۸٪ و میانگین خطای دبی اوج % 8/5 و در مرحله صحت‌سنجی نیز خطای زمان اوج % 14/2 و خطای دبی اوج % 6/1 محاسبه شد. مطابق طبقه‌بندی‌های معتبرکه خطاهای کمتر از ۱۰٪ را خوب و خطاهای کمتر از ۲۰٪ را قابل قبول گزارش می‌کنند مقادیر خطای به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که عملکرد مدل در سطح خوب ارزیابی می‌شود.   In recent decades, destructive floods in the country's watersheds have caused extensive human and financial losses to human communities, infrastructures, and natural ecosystems. In this regard, rainfall-runoff simulation and hydrograph generation will be widely used to help analyze the behavior of the basin in response to precipitation and to obtain flood characteristics such as peak discharge and time to peak discharge. In the present study, the efficiency of the HEC-HMS hydrological model in simulating runoff caused by precipitation in the Karaj watershed was evaluated. The model was configured using the curve number method to estimate losses, the Clark unit hydrograph method based on the concepts of instantaneous unit hydrograph and transfer and storage processes to convert effective precipitation into runoff, and the Muskingum-Conge routing method to route the hydrograph. Input data included precipitation and discharge time series from rain gauge and hydrometric stations, a high-resolution digital elevation model, a land use map, and soil hydrological groups. The model calibration focused on adjustable parameters including curve number (CN), initial losses (Ia), concentration time (Tc), and storage coefficient (R). In order to comprehensively evaluate the model performance and identify the best estimator, five objective functions including peak discharge error percentage (PEP), flow volume error percentage (PEV), root mean square error (RMSE), residual sum of squares (SSR), and residual sum of absolute value (SAR) were used. Also, the sensitivity analysis of the parameters was performed using the single change method in the range of ±20% and it was determined that the curve number parameter has the greatest impact on the model output. In such a way that its 20% reduction reduced the peak discharge from the base value of 300 to 250m/s, which is equivalent to a 16.6% reduction. The results of the model performance evaluation showed that the model was able to simulate the precipitation-runoff process with accuracy in the range of good to acceptable. In the calibration phase, the average peak time error was 8% and the average peak flow error was 5.8%, and in the validation phase, the peak time error was 14.2% and the peak flow error was 6.1%. According to the valid classifications, which report errors less than 10% as good and errors less than 20% as acceptable, the obtained error values indicate that the model performance is evaluated at a good level. مدل‌سازی بارش-رواناب, HEC-HMS, هیدروگراف واحد کلارک, واسنجی چندمعیاره, تحلیل حساسیت, حوزه آبخیز کرج Rainfall-runoff modeling, HEC-HMS, Clark unit hydrograph, multi-criteria calibration, sensitivity analysis, Karaj River watershed. 0 0 http://jwmsei.ir/browse.php?a_code=A-10-839-9&slc_lang=fa&sid=1 Farzaneh Vakili فرزانه وکیلی تجره vakili.farzane.t@ut.ac.ir https://orcid.org/0009-0003-5788-5145 No University of Tehran دانشگاه تهران Ali Salajegheh علی سلاجقه salajegh@ut.ac.ir https://orcid.org/0000000258376751 Yes University of Tehran دانشگاه تهران Alireza Moghadam nia علیرضا مقدم نیا a.moghaddamnia@ut.ac.ir https://orcid.org/0000-0002-9058-442X No University of Tehran دانشگاه تهران Aiding Kornejadi آیدینگ کرنژادی aidin.kornejady@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-4143-2518 No Golestan Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان