Flood Event Simulation and Analysis of Landscape Metrics and Hydrograph Components Relationship (Case Study: Amoughin Watershed)

Mirzaei Piraghum, Shahnaz and Mostafazadeh, Raoof and Ghorbani, Ardavan and Mirzaei, Sajjad and Esmali, Abazar (2017) Flood Event Simulation and Analysis of Landscape Metrics and Hydrograph Components Relationship (Case Study: Amoughin Watershed). Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (شبيه‌سازي جریان سیل و تحلیل ارتباط سنجه‌های سیمای سرزمین و مولفه‌های هیدروگراف (مطالعه‌ موردي: حوزه‌ آبخیز عموقین))
Shahnaz Mirzaei Piraghum.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Increased settlements and construction development in most vulnerable regions to flooding alter the natural river environment resulting in considerable loss of property and damages in recent decades. Therefore, understanding the process of flooding from different hydro-meteorological and watershed related perspectives are essential. Economical human activities takes place mainly at the landscape scale. Landscape metrics are used to quantify the spatial properties of patches, the entire landscape mosaic of land-use classes. The aim of this study was to evaluate the effectiveness of HEC-HMS model to simulate rainfall-runoff relationships in the Amoughin watershed and exploring the relationships between landscape metrics and the main flood hydrograph components. The area of study watershed is 7860 ha and is located on the Yedibolik-chai river. The required input data including hourly rainfall-runoff events were prepared and the HEC-HMS were used to simulate the direct runoff hydrographs of nine flood events. The SCS-CN and SCS-Unit hydrograph methods were employed in the loss method and rainfall-runoff transformation subsections along with Muskingum method for flood routing. The input parameters of the model were optimized for 6 storm events considering Nash-Sutcliffe objective function in calibration stage and the mean values of the input parameters were used as input for three excluded storm events during the validation stage. Then the 25-year design rainfall with WMO temporal pattern was performed and the components of simulated hydrographs were defined. The values of landscape metrics for each of the hydrologic units in the study watershed were quantified using Fragstat software at landscape level. The appropriate metrics were chosen by Principal Component Analysis technique and expert judgment. The relationship between the hydrograph components and landscape metrics were analyzed using correlation analysis and multivariate regression in the R programming environment. According to the results, the average value of Nash-Sutcliffe statistical criterion was 0.63 in the validation stage, which demonstrates the accuracy of model simulations in Amoughin watershed. Results of correlation analysis showed that a significant positive relationship is exist between peak flow, runoff volume and base time with total area (TA) and MESH landscape metrics. The regression analysis proved a positive relationship among peak flow and TA, patch density (PD) and slope. Whereas, the peak flow component had a negative relationship with rangeland area. Also, the hydrograph Time to peak is in positive relation with PD and river length. In general, the relationship between the components of hydrograph and landscape metrics were significant (p-value<0.005) according to the correlation and regression analysis and PD and MESH landscape metrics identified as more relevant independent variables.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: شبيه‌سازي جریان سیل و تحلیل ارتباط سنجه‌های سیمای سرزمین و مولفه‌های هیدروگراف (مطالعه‌ موردي: حوزه‌ آبخیز عموقین)
Persian Abstract: افزايش سکونت و ساخت و ساز در سيلاب‌دشت‌ها، تغييرات هيدروسيستم‌ها و اثرات مخرب فعاليت‌هاي انساني در طبیعت سبب افزایش روند تلفات و خسارات سیل در دهه‌های اخیر شده است. لذا شناخت فرآیند سیلاب از نقطه نظرهای مختلف هیدرومتئورولوژی و سیستم حوزه‌های آبخیز ضروری است. فعالیت‌های اقتصادی و انسانی عمدتاً در مقیاس سیمای سرزمین صورت می‌گیرد. سنجه‌های سیمای سرزمین برای کمی کردن خصوصیات مکانی لکه‌ها، کلاس‌های کاربری اراضی و موزائیک‌های کل سیمای سرزمین کاربرد دارند. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی کارآمدی مدل HEC-HMS در شبیه‌سازی بارش-رواناب حوزه‌ آبخیز عموقین و چگونگی ارتباط و همبستگی بین سنجه‌های سیمای سرزمین و مولفه‌های هیدروگراف است. حوزه‌ آبخیز عموقین مساحتی در حدود ۷۸۶۰ هکتار داشته و بر روی رودخانه‌ یدی‌بولیک چای واقع شده است. در پژوهش حاضر، پس از تهیه‌ اطلاعات مورد نیاز و داده‌های ساعتی بارش و رواناب، مدل HEC-HMS برای 9 رویداد متناظر بارش-رواناب با روش شماره‌ منحنی SCS در بخش تلفات، روش هیدروگراف واحد SCS در بخش تبدیل بارش به رواناب و روش ماسکینگام در بخش روندیابی اجرا شد. سپس پارامترهای ورودی مدل برای 6 رویداد با تابع هدف نش-ساتکلیف بهینه شده و میانگین مقادیر بهینه شده، برای 3 رویداد دیگر در مرحله‌ اعتبارسنجی در نظر گرفته شد. در ادامه مدل برای بارش طرح 25 ساله با الگوی تغییرات زمانی WMO اجرا گردید و مولفه‌های هیدروگراف شبیه‌سازی شده استخراج شد. سنجه‌های سیمای سرزمین برای هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی حوزه با استفاده از نرم‌افزار Fragstate در سطح سیما کمی شد. سنجه‌ مناسب با تحلیل مولفه‌های اصلی و نظر کارشناسی انتخاب گردید. ارزیابی ارتباط بین مولفه‌های هیدروگراف و سنجه‌های سیمای سرزمین با استفاده از تحلیل همبستگی و رگرسیون چندمتغیره در محیط برنامه‌نویسی R انجام شد. بر اساس نتایج، میانگین معیار آماری نش-ساتکلیف به میزان 63/0 در مرحله‌ اعتبارسنجی نشان‌دهنده‌ توانایی مدل در شبیه‌سازی هیدروگراف جریان در حوزه‌ آبخیز عموقین بوده است. تحلیل همبستگی نشان‌دهنده‌ همبستگی مستقیم دبی اوج، حجم رواناب و زمان پایه با سنجه‌ TA و MESH بوده است. روابط، ارتباط مستقیم دبی اوج با سنجه‌ TA، PD و شیب و ارتباط معکوس با مساحت کاربری مرتع را نشان می‌دهد. مولفه‌ زمان تا اوج هیدروگراف نیز با سنجه‌ PD و طول آبراهه ارتباط مستقیم دارد. در مجموع، ارتباط بین مولفه‌های هیدروگراف و سنجه‌های سیمای سرزمین طبق نتایج مربوط به تحلیل همبستگی و رگرسیونی معنی‌دار (p-value<0.005) بوده است و سنجه‌ PD و MESH دارای ارتباط بیش‌تری با مولفه‌های هیدروگراف بوده‌اند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Esmali, AbazarUNSPECIFIED
Mostafazadeh, RaoofUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Ghorbani, ArdavanUNSPECIFIED
Mirzaei, SajjadUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Date Deposited: 22 Oct 2018 14:23
Last Modified: 22 Oct 2018 14:23
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/1205

Actions (login required)

View Item View Item