مدل سازی تغییرات مکانی آب معادل برف بر اساس عوامل توپوگرافی و اقلیمی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سهرورد استان زنجان)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی آبخیزداری، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشیار، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه اردکان

4 دانشیار، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه لرستان

چکیده

داشتن اطلاعات در زمینۀ عمق، چگالی و آب معادل برف برای مدیریت منابع آب در مناطق کوهستانی اجتناب‏ناپذیر است. از طرفی، به‌دلیل مسائل مالی، شرایط اقلیمی نامساعد و صعب‏العبور‌بودن مناطق کوهستانی، اندازه‏گیری‌ها نقطه‌ای است که تعمیم آن به سطوح بزرگ خطای زیادی دارد. یکی از روش‌ها برای پیش‌بینی آب معادل برف، بررسی ارتباط بین آب معادل برف با عوامل مؤثر است. بدین‌منظور حوضۀ آبخیز کوهستانی سهرورد استان زنجان انتخاب شد. داده‏های اولیه تهیه و نقشه‏های مورد نیاز شامل نقشه‏های مدل رقومی ارتفاع، شیب، جهت شیب، شمالی‌بودن، شرقی‌بودن، انحنای افقی، انحنای عمودی، شاخص وضعیت توپوگرافی و تابش خورشیدی استخراج شد. سپس، هنگام بارش اوج برف، عمق برف به تعداد 150 نمونه به روش هایپرکیوب لاتین و چگالی برف به تعداد 18 نمونه به‌روش تصادفی اندازه‏گیری شد. محاسبات شاخص بادپناهی برای نقاط اندازه‏گیری‌شدۀ عمق برف انجام شد. در مرحلۀ بعد با انجام رگرسیون بین آب معادل برف با عوامل مؤثر، رابطۀ کمی بین آنها تعیین شد. کارایی مدل‏ها با شاخص‏های آماری میانگین خطا، میانگین خطای مطلق، ریشۀ میانگین مربعات خطا و ضریب همبستگی تعیین شد. نتایج نشان داد در حوضۀ آبخیز یادشده با روش رگرسیون گام‌به‌گام می‏توان آب معادل برف را برآورد کرد. همچنین براساس نتایج، هرچند عامل اقلیمی شاخص باد‌پناهی حجم زیاد محاسبات را دارد؛ ولی دخالت‌دادن آن سبب افزایش کارایی مدل در برآورد آب معادل برف می‏شود. آب معادل برف بیشترین همبستگی معنا‏دار را با ارتفاع برابر با 607/0 و کمترین همبستگی معنا‏دار را با شمالی‌بودن برابر با 204/0 در محدودۀ مطالعاتی دارد. ضرایب همبستگی بین متغیر وابستۀ آب معادل برف با متغیر مستقل شاخص بادپناهی نشان می‏دهد فاصلۀ 300 متری، مؤثرترین فاصلۀ بر‌هم‌کنش باد و پستی و بلندی‌ها در ایجاد شرایط بادپناهی و بادروبی است. ضریب تغییرات عمق و چگالی برف اندازه‌گیری‌شده به‌ترتیب برابر با 14/54 ‌و 89/7 درصد است.
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 
[1]. Porhemmat J. Distribution model Runoff from melting snow using Remote Sensing data and GIS. P.h.D.Thesis Islamic Azad university. Science and Research.2003; 222p.[Persian].
 [2]. Tabari H,Marofi S, Zare Abyaneh H,Amiri Chayjan R,Sarifi M.R. Comparison of Multivariate Non Linear Regression with Computational Intelligence Methods in estimation of Spatial Distribution of Snow Water Equivalent. Journal of Sciences and Technology of Agriculture and Natural Resources. 2008; 29: 13-41.[Persian].
[3]. Fathzadeh A,Gharaei-Manesh S. The application of artificial intelligence to simulate the spatial distribution of the density of the snow (Case Study: The branches of Ardakan_Yazd Plain). Geographical Search of Desert Areas, 2014;1(2):1-16 [Persian].
 [4].Asaoka Y, Toyoda Y, Takeuchi Y. The effect of the precipitation form discrimination method on river discharge estimation during winter. Annual Journal of Hydraulic Engineering. 2010; 54 421-426.
[5].Pullianen J. Mapping of snow water equivalent and snow depth in boreal and sub-arctic zones by assimilating space borne microwave diameter data and ground –based observation.Remote Sense Environment.2006; 10 :257-269.
 [6]. Pomeroy J, Gray D.M. Snow cover Accumulation Relocation, and Management. National Hydrological Research Institute. Saskaton, Sask.,Canada. 1995; 144p.
 [7].Groffman P, Driscoll C, Fahey T, Hardy J, Fitzhugh R, Tierney G. Colde soil in a warmer world: a snow manipulation study in a northern hardwood forest ecosystem. Biogeochemistry. 200; 56:135-150.
[8].Keller F, Kienast F, Beniston M. Evidence of response of vegetation to environmental change on high- elevation sites in the Swiss Alps, Region. Environment.Change.2002; 1:70-77.
[9].Wipf S, Stoeckli V, Babi P. Winter climate change in alpine Tundra: Planet responses to change in snow depth and snow melt timing.Climate Change. 2009; 94 :105-121.
[10].Pomeroy J,Essery R,Toth B. Implication of Spatial Distribution of Snow Mass and Melt Rate For Snow Cover Depletion Observation In a Subarctic Mountain Catchment. Ann. Glaciol. 2004; 38:195-201.
[11]. Barnett T, Adam J, Lettenmaier D. Potential impacts of a warming climate on water availability in snow –dominated regions. Nature. 2005; 438:303-309.
[12].Egli L, Jonas T, Meistner R. Comparison of different automatic methods for estimating snow water equivalent. Cold Regions Science and Technology.2009; 57: 107-115.
[13].Marchand W, Killingtevit A. Analyses of Relation between Spatial Snow Distribution and Terrain Characteristics.58thEastern Snow Conference Ottawa. Ontario,Canada. 2001.
[14].Elder K, Michaelsen J, Dozier J.Small basin modeling of snow water equivalent using binary regression tree method. JAHS publ.1995; 228p.
[15].Erikson A, Williams W, Winstral A. Persistence of topographic controls on the spatial distribution of snow in rugged mountain, Colorado, United States. Water Resources Research. 2005; 41(4):1-17.
[16]. Douglas M. Geostatistical Methods for Estimating Snow Melt Contribution The Seasonal Water Balance In An Alpine Watershed. Colorado State University. Department of Forest Rangeland and Watershed Stewardship. 2006;30P.
[17].Graham A.Evaluating the spatial variability of snowpack properties across a northern Colorado basin. Department of ecosystem science and sustainability. 2012; 135P.
[18].Revuelto J, Lopez I,Azorin C, Vicent M.Topographic control of snow pack distribution in a small catchment in the central Spanish Pyreness: intra and inter –annul persistence. Journal of Cryosphere. 2014; 8 :1937-1972.
[19].Elder K, Dozier J, Michaelsen J. Snow accumulation and distribution in an alpine watershed. Water Resources Research. 1991; 27(7):1541-1552.
[20].Minasny B, Mc Bratney A.B. Incorporating taxonomic distance into spatial prediction and digital mapping of soil classes. Geoderma. 2007; 142: 285-293.
[21]. Sextone A.G. Evaluating the spatial variability of snowpack properties across northern Colorado basin. Department Of Ecosystem Science and Sustainability. 2012; 129p.
[22].Karl W. The effect of basin physiographic on the spatial distribution of snow water equivalent and snow density near peak accumulation. Montana State University. 2013;113P.
[23].Anderson B, Mcnamara J, Marshal H, Flores A. Insight in to the physical processes controlling correlations between snow distribution and terrain properties. Water Resources Research. 2014; 10: 1-19.
[24]. Kucerova D, Jenicek M.Comparison of Selected Methods Used for The Calculation of the Snowpack Spatial Distribution, Bystrice River Basin. Czechia, Geografie. 2014;119 (3):199-217.
[25]. Michele C, Avanzi F, Passoni D, Barzaghi R ,Pinto L, Dosso P, et al. Micro scale Variability of snow depth using U.A.S technology. Journal of Cryosphere. 2015; 9: 1047-1075.
[26].Mizukami N, Perica S, Hatch D. Regional approach for mapping climatologically snow water equivalent over the mountainous regions of the Western United States. Journal of Hydrology. 2011; 40 :72-82.
. [27].Sharifi M.R,Akhoond-Ali A,Porhemmat J,Mohammadi J. Evaluation of linear correlation and ordinary kriging in order to estimating the Spatial Distribution of Snow depth in samsami basin.Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering. 2007; 1(11):24- 38.[Persian].
[28].Sharifi M.R,Akhoond-Ali A,Porhemmat J,Mohammadi J. Effect of elevation, slope, aspect and on Snow depth in samsami basin. (Technical Report) Iran Journal- Water Resources Research. 2007; 3(3):69-72.[Persian].
[29] Marofi s, Tabari H, ZareAbyeane H. Predicting Spatial Distribution of Snow Water Equivalent Using Multivariate Non Linear Regression and Computational Intelligence Methods. Water Resources Management. 2011; 25:1417-1435.
[30].Taghizadeh–Mehrjardi R, Gharaei-Manesh S, Fathzadeh A. Predicting of spatial distribution snow depth using regression kriging method in the region of Yazd Sakhvidi. Journal of Watershed Management Science and Engineering. 2015; 9(28):41-48.
[31]. Gharaei-Manesh S,Fathzadeh A,Taghizadeh–Mehrjardi R. Comparison of artificial neural network and decision tree models in estimating spatial distribution of snow depth in a semi-arid region of Iran. Cold Regions Science and Technology. 2016; 122:26-35
 [32]. Taghizadeh –Mehrjardi R,Sarmadian F,Tazeh M, Omid M,Toomanian N, Rosta M-J.
Comparison of different Sampling methods for digital soil mapping in Ardakan region. Journal of Management and Watershed Engineering.2015; 4(6):353-363.[Persian].
[33].Pare-Zanganeh A,Hasaniha H. Detiled study ofSohravard-Ghydar watershed.2002;307p..[Persian].
[34].Pahlavan –Rad M-R, Kormali F,Toomanian N,kiani F, Komaki-B CH. Digital soil mapping using Random Forest model in Golestan province. Journal of Soil and Water Conservation.2015; 6 (21):73-93 [Persian].
[35] Taghizadeh –Mehrjardi R,Sarmadian F, Omid M,Toomanian N, Rosta M- J, Rahimian M-H. Digital mapping of soil classes using of data mining techniques in Ardakan region of Yazd Province.Journal of Scientific and Agriculture. 2013; 37(2):101-115. [Persian].
 [36].Marofi s, Tabari H, Zare-Abyeane H, Sharifi M.R,Akhoond-Ali. Mapping of Snow Water Equivalent in one of Karoon mountain sub basin (Cass Study- Samsami basin).Journal of Agriculture and Natural Resources.2010;16(3) :1-11.[Persian].
[37].Marofi s, Tabari H, Zare-Abyeane H, Sharifi M.R. Investigating the influences of wind on spatial distribution of snow accumulation in one of Karoon sub basin (Cass Study- Samsami basin). Journal of Sciences of Research of Irrigation and Water 2011: 1(1):31-44. [Persian].
[38].Shaban A, Faour G, Khawlie M, Abdallah C. Remote sensing application to estimate the volume of water in the form of snow on Mount Lebanon. Hydrological Sciences Journal. 2004; 49(4):643-653.
[39].Konosuke S, Tsutomu K, Yinsheng Z, Mamoru I, Yoshihiro I. Altitudinal Distribution of Snow Water Equivalent in the Tuul River Basin, Mongolia. International Workshop on Terrestrial Change in Mongolia.2006.
 [40].Bloschl G, Kirnbauer R, Gutknecht D, Distributed Snowmelt Simulation in an Alpine Catchment. Model Evaluation on the Basis of Snow Cover Patterns. Water Resources Research.1991; 27 (12) 3171-3179.
[41].Molotch N, Colee M, Bales R, Dozier J. Estimating the spatial distribution of snow water equivalent in an alpine basin using binary regression tree models. the impact of digital elevation data independent variable selection. Hydrological Processes. 2005; 19(7):1459-1479.
دوره 4، شماره 3
مهر 1396
صفحه 673-686
  • تاریخ دریافت: 10 دی 1395
  • تاریخ بازنگری: 20 خرداد 1396
  • تاریخ پذیرش: 20 خرداد 1396
  • تاریخ اولین انتشار: 01 مهر 1396
  • تاریخ انتشار: 01 مهر 1396