توسعه مدل مفهومی هیدرولوژی FLEX-Topo برای حوزه های آبخیز لسی متاثر از فرسایش‌های پایپینگ و تونلی استان گلستان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، استاد گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانشیار گروه آبخیزداری و مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

خلاصه
بیش از بیست درصد مساحت استان گلستان پوشیده از نهشته های لسی می باشد که رسوبات بادی سیلتی یا لومی سست به رنگ زرد تا قهوه ای کم رنگ هستند. پدیده های فرسایشی خاصی از جمله فرسایش پایپینگ و تونلی در لسها گسترش دارد که بررسی وضعیت این عرصه ها از منظر هیدرولوژی و رفتار پاسخ هیدرولوژیک حوزه های آبخیز متاثر از این پدیده ها حائز اهمیت است. در نوشتار حاضر با شرح وضعیت مختصر هیدرولوژیکی و فرسایشی حوزه آبخیز تمر واقع در استان گلستان که اراضی آن لسی می باشد با استفاده از نقشه شاخص توپوگرافی ارتفاع از سطح نزدیکترین زهکش (HAND) و نقشه شیب، سه چشم انداز هیدرولوژیک تعیین گردید. این سه چشم انداز عبارت از اراضی پست حاشیه رودخانه، دامنه های پرشیب و فلات می باشند و در این مقاله برای هر یک بر مبنای مدل FLEX-Topo، مدل مفهومی هیدرولوژیکی ارائه شد. در مدل FLEX-Topo تغییرات مکانی با تقسیم‌بندی حوزه به چشم اندازهای هیدرولوژیک بر اساس توپوگرافی بصورت نیمه توزیعی لحاظ می گردد. با توجه به حضور گسترده فرسایش پایپینگ و تونلی و تاثیر آن بر واکنش هیدرولوژی حوزه، بطور مشخص با اعمال تغییراتی در ساختار معمول مدل FLEX-Topo یک مدل مفهومی ویژه پیشنهاد و به تفصیل با ذکر فرمولاسیون مورد نیاز برای کدنویسی مدل تشریح گردید. در مدل FLEX-Topo همانند مدل یکپارچه FLEX چهار مخزن ذخیره برگابی، مخزن غیراشباع، مخزن واکنش سریع و مخزن واکنش آهسته بهمراه یک تابع تاخیر نقش دارند و برای لحاظ کردن تاثیر پایپینگ در مدل پیشنهادی (FLEX-Topo-P) یک پارامتر مقسم بارش ورودی و یک مخزن سریع مشترک بین دو چشم‌انداز هیدرولوژی فلات و دامنه شیبدار پیشنهاد گردید. مدل پیشنهادی بایست در قالب یک تحقیق منسجم و روش‌مند به مرحله اجرا و آزمایش گذاشته شود و کارایی آن نسبت به مشاهدات جریان و همچنین نسبت به مدل معمول FLEX-Topo سنجیده شود.
کلمات کلیدی: نهشته های لسی، پایپینگ، فرسایش تونلی، مدل مفهومی هیدرولوژیک FLEX-Topo، شاخص توپوگرافیک HAND

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Development of conceptual hydrological FLEX-Topo model for loess watersheds influenced by piping and tunnel erosion in Golestan Province of Iran

نویسندگان [English]

  • Abdolreza Bahremand 1
  • Mohsen Hosseinalizadeh 2
1 Corresponding Author, Professor, Dept. of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Associate Prof., Dept. of Watershed and Desert Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

More than twenty percent of Golestan Province of Iran is covered by wind-blown deposits called as loess. These deposits are silty or loamy materials with yellow to light brown colors. Special erosion phenomena such as pipe and tunnel erosion are common in loess deposits that are important in terms of studying their hydrology and the hydrologic response of the catchments influenced by these phenomena. In this paper, with briefly describing the hydrology and erosion situation of Tamer watershed located in the northeast of Iran with dominant cover of loess deposits, using the Height Above Nearest Drainage map (the topographic index HAND) and the slope map, three hydrologic landscapes were determined. For each of these three hydrologic landscapes (lowland, hillslope and plateau), a conceptual hydrologic model according to the FLEX-Topo model was designed and described. In the FLEX-Topo model, the spatial variation is taken into account by the zonation of the watershed based on topography in a semi-distributed fashion. Considering the intense presence of piping and tunnel erosion in the region and its impact on the hydrologic response of the watershed; in particular, with some changes in structure and formulation of the common structure of FLEX-Topo, a tailor-made conceptual model was suggested and its formulation, required for programming, was described. Likewise the FLEX model, in the FLEX-Topo model four reservoirs including the interception, the unsaturated, the fast response and the slow response reservoirs along with a time lag function play important roles. To consider the effect of piping in the proposed model (FLEX-Topo-P), a splitting parameter for the input rainfall and a shared fast reservoir between hillslope and plateau landscapes were suggested. The proposed model has to be implemented and tested through a methodic and robust research, and its performance has to be evaluated in comparison with flow observations and benchmarked with the FLEX-Top.
Keywords: loess deposits, piping, tunnel erosion, conceptual hydrologic FLEX-Topo model, Topographic index HAND

کلیدواژه‌ها [English]

  • loess deposits
  • piping
  • tunnel erosion
  • conceptual hydrologic FLEX-Topo model
  • Topographic index HAND

مراجع

1.Savenije, H.H.G. 2010. HESS Opinions “Topography driven conceptual modelling (FLEX-Topo)”, Hydrology and Earth System Sciences, 14: 2681-2692, doi:10.5194/hess-14-2681-2010.
2.Gharari, S., Hrachowitz, M., Fenicia, F., and Savenije, H.H.G. 2011. Hydrological landscape classification: investigating the performance of HAND based landscape classifications in a central European meso-scale catchment, Hydrology and Earth System Sciences, 15: 3275-3291, doi:10.5194/hess-15-3275-2011.
3.Bahremand, A., and Kornejady, A. 2015. Introduction and preparation of the new topo–hydrological index: height Above the Nearest Drainage, in the Ziarat watershed. Water Engineering Conference and Exhibition, Iran. 9p. (In Persian)
4.Nobre, A., Cuartas, L., Hodnett, M., Rennó, C., Rodrigues, G., Silveira, A., Waterloo, M., and Saleska, S. 2011. Height above the nearest drainage – a hydrologically relevant new terrain model, Journal of Hydrology, 404: 13-29.
5.Hosseinalizadeh, M., Kariminejad, N., Campetella, G., Jalalifard, A., and Alinejad, M. 2018. Spatial point pattern analysis of piping erosion in loess-derived soils in Golestan Province, Iran. Geoderma, 328: 20-29.
6.Hosseinalizadeh, M., Alinejad M.,Zarei, H., and Jalalifard, A. 2019.Piping Erosion, a Threat or an Opportunity? Journal of Land Management. 7: 2. 165-177. doi: 10.22092/lmj.2019.120553.
7.Verachtert, E., Maetens, W., Van Den Eeckhaut, M., Poesen, J., and Deckers, J. 2011. Soil loss rates due to piping erosion. Earth Surface Processes and Landforms, 36: 13. 1715-1725.
8.Bernatek-Jakiel, A., Kacprzak, A., and Stolarczyk, M. 2016. Impact of soil characteristics on piping activity in a mountainous area under a temperate climate (Bieszczady Mts., Eastern Carpathians). Catena, 141: 117-129.
9.Kariminejad, N., Hosseinalizadeh, M., Pourghasemi, H.R., Bernatek‐Jakiel, A., and Alinejad, M. 2019. GIS‐based susceptibility assessment of the occurrence of gully headcuts andpipe collapses in a semi‐arid environment: Golestan Province, NE IranLand Degradation & Development,30: 18. 2211-2225.
10.Zhu, T.X. 2003. Tunnel development over a 12-year period in a semi‐arid catchment of the Loess Plateau, China. Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group,28: 5. 507-525.
11.Kariminejad, N., Hosseinalizadeh, M., Pourghasemi, H.R., and Tiefenbacher, J.P. 2021. Change detection in piping, gully head forms, and mechanisms. Catena 206, 105550. https://doi.org/ 10.1016/ j.catena.2021.105550.
12.Gao, H., Hrachowitz, M., Fenicia, F., Gharari, S., and Savenije H.H.G. 2014. Testing the realism of a topography-driven model (FLEX-Topo) in the nested catchments of the upper Heihe, China. Hydrology and Earth System Sciences, 18: 1895-1915.
13.Fenicia, F., Savenije, H.H.G., Matgen, P., and Pfister, L. 2008. Understanding catchment behavior through stepwise model concept improvement, Water Resources Research, 44, W01402, doi:10.1029/2006wr005563.
14.Zhao, R.J. 1992. The xinanjiang model applied in china, Journal of Hydrology, 135: 371-381, doi:10.1016/0022-1694 (92)90096-E.
15.Savenije, H.H.G. 1997. Determination of evaporation from a catchment water balance at a monthly time scale, Hydrology and Earth System Sciences, 1: 93-100, doi:10.5194/hess-1-93-1997.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 29، شماره 1
فروردین 1401
صفحه 115-133

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار