The flow hydrograph modeling using GIS and distributed hyrdological model, in Dinvar Watershed, Karkheh, Iran

Document Type: Original Article

Authors

Abstract

In this paper, the modeling is based on division of the catchment into a grid mesh. Each cell has a unique response function independent of the functioning of other cells Summation of the flow responses from the cells, result the flow hydrograph from this area basin.A method is presented to simulation the flow hydrograph within a river basin using the hydrological model WetSpa. WetSpa is a GIS-based distributed hydrological model, which operates on catchment scale and developed for flood prediction and watershed management. The model is physically based and simulates hydrological processes of precipitation, snowmelt, interception, depression, surface runoff, infiltration, evapotranspiration, percolation, interflow, groundwater flow, etc. continuously both in time and space, for which the water and energy balance are maintained on each raster cell. The model combines topography, landuse and soil maps, and observed daily meteorological time series to predict discharge hydrographs and the spatial distribution of hydrological parameters in the catchment. The digital maps of topography, land use and soil type are 3 base maps used in the model in GIS form using 100×100m cell size. The model was applied on the Dinvar Watershed in the Karkheh river basin of Kermanshah, with 72 months of meteo-hydrological measurements. Results of the simulations show a good agreement between calculated and measured hydrographs at the outlet of the basin. The model predicts the daily hydrographs with a good accuracy, between 66% during the calibration according to the Nash-Sutcliff criteria and 72% during validation period by Kling-Gupta Efficiency.

Keywords


آذین مهر، م.(1391). شبیه‏سازی اثر سناریوهای تغییر کاربری اراضی بر هیدروگراف جریان حوزه آبخیز دینور با استفاده از مدل هیدرولوژیکی توزیعی - مکانی WetSpa. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 175ص.

بیات،ب.، متکان، ع.، زینی‏وند، ح.، غفوری، ع. و باقری نژاد، ا. (1389). شبیه‏سازی بیلان آبی حوزه آبخیز با استفاده از مدل WetSpa در محیط جی آی اس (مطالعه موردی: حوزه آبخیز مرک، استان کرمانشاه). دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی تهران.

رستمیان، ر. (1385). تخمین رواناب و رسوب در حوزه بهشت آباد در کارون شمالی با استفاده از مدل SWAT2000. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشکده آبیاری و زهکشی دانشگاه صنعتی اصفهان.

کبیر، آ. (1389). کاربرد و توسعه مدل هیدرولوژیکی توزیعی - مکانی WetSpa برای شبیه‏سازی رواناب در حوزه آبخیز گرگانرود، استان گلستان. رساله دکتری آبخیزداری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران.

کبیر، آ.، بهره مند، ع. آذین مهر، م. (1391). مدل WetSpa (دستورالعمل و کاربرد)، چاپ اول، انتشارات ارسطو مشهد.

مرادی‌پور، ش. (1390). شبیه‏سازی بیلان آب با مدل هیدرولوژیکی توزیعی مکانی WetSpa، نهمین همایش آبخیزداری. دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

مهدوی، م. (1384). هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ پنجم.  جلد دوم.

یعقوبی، ف.، بهره‌مند، ع.، نورا، ن. (1389). بررسی بیلان آبی حوزه آبخیز چهل‌چای با استفاده از شبیه‌سازی جریان روزانه با مدل WetSpa، اولین همایش ملی تحقیقات منابع طبیعی ایران، دانشگاه کردستان. 1389.

Bahremand, A., Corluy,  j,. Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2005). Stream flow simulation by WetSpa model in Hornad river basin, Slovakia, Floods, from Defence to Management–Van Alphen, van Beek  &Taal (eds), Taylor & Francis Group, London. Water Resource Management. 21, pp: 1373-1391.

Bahremand, A. (2006). Simulating the effects of reforestation on floods using spatially distributed hydrologic modeling and GIS. PhD Thesis.  Brussel Belgium: Vrije Universiteit.

Beven. K. J. (2001). Rainfall-runoff modelling: the primer, Wiley, Chichester, UK.

De Smedt, F., Liu, Y. B. and Gebremeskel, S. (2000). Hydrological modeling on a catchment scale using GIS and remote sensed land use information, in: C.A. Brebbia (ed.), Risk Analysis II, WTI press, Boston, pp: 295-304.

Gebremeskel, S., Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2002). GIS based distributed modeling for flood estimation, proceeding of th Twenty-Second Annual American Geophysical Union Hydrology Days.

Liu, Y. B. and De Smedt, F. (2005). Flood modeling for complex terrain using GIS and Remote Sensed Information. Water Resour Manag. 19, pp:605-624.

Liu, Y. B., Gebremeskel, S., De Smedt, F., Hoffmann, L. and Pfister, L. (2003). A diffusive transport approach for flow routing in GIS-based flood modeling. Hydrol, 283, pp: 91-106.

Safari, A., De Smedt, F. and Moreda, F. (2009). WetSpa model application in the Distributed Model Intercomparison Project (DMIP2). Hydrology.

Wang, Z. M., Batelaan, O. and De Smedt, F. (1996). A distributed model for water and energy transfer between soil, plants and atmosphere (WetSpa). J. Phys. Chem. Earth. 21, pp: 189-193.

Zeinivand, H. (2009). Development of spatially distributed hydrological WetSpa modules for Snowmelt, Soil Erosion, and Sediment Transport PhD Thesis. Brussel Belgium: Vrije Universiteit.