نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی آب -دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهنسی آبیاری و زهکشی- دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشجوی دکتری منابع آب- دانشگاه صنعتی اصفهان

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبیاری و زهکشی- دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

  هدف از این مطالعه تجزیه و تحلیل بار رسوبی در آبراهه­های حوضه آبریز مازندران با استفاده از روش­های مختلف تولید
منحنی­های سنجه رسوب و روش­های شبیه­سازی کامپیوتری با استفاده از داده­های شدت جریان و غلظت رسوب معلق می­باشد. به همین منظور شش روش مختلف برای تولید منحنی­های سنجه رسوب (داده­های خام، داده­های کلاسه­بندی­شده، متوسط ماهانه، متوسط فصلی، متوسط سالانه و داده­های دوره­های سیلابی- کم­آبی) در 26 ایستگاه هیدرومتری دارای آمار بلندمدت (بیش از 29 سال) روی هشت رودخانه این حوضه مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی دقت این منحنی­ها با استفاده از چهار معیار آماری مختلف انجام گرفت. نتایج حاصل از این محاسبات نشان داد که منحنی­های تولید­شده با استفاده از داده­های خام کم­ترین دقت را در محاسبه بار رسوبی در ایستگاه­های مختلف داشته، و در مقابل، منحنی­های تولیدشده با داده­های متوسط سالانه و داده­های کلاسه­بندی­شده بیشترین تطابق را با داده­های اندازه­گیری­شده دارا بودند. 22درصد مساحت حوضه آبریز مازندران دارای رسوب­دهی ویژه زیر 100 و 35درصد نیز بین 200 تا 400 تن در کیلومتر مربع در سال بودند. متوسط خطای محاسبات بار رسوبی در حوضه آبریز مازندران 16/0- (بین 54/0- تا 32/0) بود. نتایج حاصل از شبیه­سازی کامپیوتری حوضه با نرم­افزار SWAT نیز نشان داد که در آبراهه­هایی که منشأ رواناب بیشتر ناشی از بارش باران باشد، دقت مدل در برآورد شدت جریان و بار رسوبی آبراهه مناسب خواهد بود و رژیم برفی- بارانی در آبراهه، تأثیر آب زیرزمینی و  مخازن و سدها روی آبراهه سبب کاهش دقت مدل در تخمین شدت جریان و بار رسوبی آبراهه خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Evaluation of various developing methods for sediment rating curve and computer simulationmodels for sediment load estimation in Mazandaran basin, Iran

چکیده [English]

A sediment curving rate is a method to describe the relationship between river discharge and suspended sediment load for a particular location. The rating curves have been used to predict sediment load by hydrologists for more than sixty years (Horowitz, 2002). Obtaining more accuracy in determination of sediment load needs to long-term continuous data with a sufficient frequency. Mostly, a power function regression is used for sediment rating curves (Asselman, 2000):
 
Qs= aQb                                                                                                                                          (1)
 
The other form of this equation is linear log-transformation:                      
 
Log (Qs) = log (a) + b log (Q)                                                                                                        (2)
 
Where Q is river discharge (m3/s), Qs is suspended load discharge (ton/year), and a and b are regression coefficients . The back transformation of the sediment load to the arithmetic domain creates a bias which can lead to load underestimation (Crowder et al. 2007). The main objective of this study is   to determine  the sediment rating curve for different 26 hydrometric stations in the Mazandaran basin, Iran, with various  data separation methods (daily, monthly, seasonal, annually, classified, and high discharge and low discharge flow months). The efficiency of each rating curve was evaluated using different statistical characteristics. Another objective is to evaluate the sediment load and sediment yield of Mazandaran basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sediment rating curve
  • Mazandaran basin
  • Statistical efficiency criteria
  • Simulating
  • SWAT

1-    Alexandrov, Y., Cohen, H., Laronne, J. B. and I.Reid. 2009. Suspended sediment load, bed load, and dissolved load yields from a semiarid drainage basin: A 15-year study. Water Resources Research, 45(W08408): 1-13.

 

2-    Asselman, N. E. M. 2000. Fitting and interpretation of sediment rating curves. Journal of Hydrology, 234: 228–248.

 

3-    Crawford, C. G. 1991. Estimation of suspended-sediment rating curves and mean suspended-sediment loads. Journal of Hydrology, 129: 331-348.

 

4-    Crowder, D.W., Demissie, M. and M. Markus. 2007. The accuracy of sediment loads when log-transformation produces nonlinear sediment load–discharge relationships. Journal of Hydrology, 336: 250– 268.

 

5-    De Vente, J., Poesen, J., Verstraeten, G., Govers, G., Vanmaercke, M., Van Rompaey, A., Arabkhedri, M. and C. Boix-Fayos. 2013. Predicting soil erosion and sediment yield at regional scales: Where do we stand? Earth-Science Reviews, 127: 16–29.

 

6-    Ferguson R. I. 1986. River loads underestimated by rating curves. Water Resources Research, 22(1): 74-76.

 

7-    Georgiev, B. V. 1990. Reliability of bed load measurements in mountain rivers. International Association of Hydrological sciences (IAHS), Published. No. 193.

 

8-    Gericke, A. and M. Venohr. 2012. Improving the estimation of erosion- related suspended solid yields in mountainous, non- alpine river catchments. Environmental Modeling and Software, 37: 30-40

 

9-    Harrington, S.T. and J.R. Harrington. 2013. An assessment of the suspended sediment rating curve approach for load estimation on the rivers bandon and owenabue, Ireland. Geomorphology, 185: 27–38.

 

 

10- Heidarnejad, M., Gholamee, S.H., Mosaedi, A. and M.Z. Ahmadi. 2006. Estimation of sediment volume in Karaj dam reservoir (Iran) by hydrometry method and a comparison with hydrograph method. Lake and Resevoir Management, 22(3): 233- 239.

 

11- Heidarnejad, M., and A. Gholami. 2012. Modeling suspended sediments in Dez basin (Case study: The Tale Zang hydrometric station). International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 3(2): 402-407.

 

12- Horowitz A. J. 2002. The use of rating (transport) curves to predict suspended sediment concentration: A matter of temporal resolution. Turbidity and Other Sediment Surrogates Workshop, Reno, NV .

 

13- Horowitz A. J. 2003. An evaluation of sediment rating curves for estimating suspended sediment concentrations for subsequent flux calculations. Hydrological Processes, 17: 3387- 3409.

 

14- Horowitz A. J. 2008. Determining annual suspended sediment and sediment-associated trace element and nutrient fluxes. Science of the Total Environment, 400: 315 – 343.

 

15- Hu, B., Wang, H., Yang, Z. and X. Sun. 2011. Temporal and spatial variations of sediment rating curves in the Changjiang (Yangtze River) basin and their implications. Quaternary International, 230: 34–43.

 

16- Isik, S. 2013. Regional rating curve models of suspended sediment transport for Turkey. Earth Science Information, 6: 87–98.

 

17- Jansson, M. B. 1996. Estimating a sediment rating curve of the Reventazon river at Palomo using logged mean loads within discharge classes. Journal of Hydrology, 183: 227-241.

 

18- Kazemi, Y., Salajegheh, A., Mahdavi, M., Rostami, N., and M. Abbassi. 2012. The relation of bed and suspended loads in central Alborz rivers, Iran. Elixir Agriculture, 42: 6120-6123.

 

19- Kitheka, J.U., Obiero, M. and P. Nthenge. 2005. River discharge, sediment transport and exchange in the Tana Estuary, Kenya. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 63: 455–468.

 

20- Krause, P., Boyle, D.P. and F. Bäse. 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model Assessment. Advances in Geosciences, 5: 89–97.

 

21- Mohamad Reza Pour, O., Shui, L.T. and A.A. Dehghani. 2012. Comparison of ant colony optimization and genetic algorithm models for identifying the relation between flow discharge and suspended sediment load (Gorgan River - Iran). Scientific Research and Essays, 7(42): 3584-3604.

 

22- Nash, I. E and I.V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual models Part I - A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10: 282- 290.

 

23- Oeurng, C., Sauvage, S. and J.M. Sanchez-Pérez. 2011. Assessment of hydrology, sediment and particulate organic carbon yield in a large agricultural catchment using the SWAT model. Journal of Hydrology, 401 (3-4): 145-153.

 

24- Van Griensven, A., Popescu, I., Abdelhamid, M.R., Ndomba, P.M., Beevers, L. and G.D. Betrie. 2013. Comparison of sediment transport computations using hydrodynamic versus hydrologic models in the Simiyu River in Tanzania. Physics and Chemistry of the Earth, 61–62: 12–21.

 

25- Vanmaercke, M., Poesen, J., Verstraeten, G., de Vente, J. and F. Ocakoglu. 2011. Sediment yield in Europe: Spatial patterns and scale dependency. Geomorphology, 130: 142–161.

 

26- Walling, D.E. 1977. The accuracy of suspended sediment rating curves for a small basin. Water Resources Research, 13(3): 531-538.

 

27- Wang, H., Yang, Z., Wang, Y., Saito, Y. and J.P. Liu. 2008. Reconstruction of sediment flux from the Changjiang (Yangtze River) to the sea since the 1860. Journal of Hydrology, 349: 318– 332.