قابلیت اتومای سلولی در شبیه‌سازی میزان تحول و فرسایش در سیستم‌ رودخانه‌ای (مطالعه موردی: حوضه آبریز لیقوان)

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار ژئوموفولوژی، شهیدبهشتی تهران.

2 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه تبریز.

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز.

2

چکیده

حوضه­ها و سیستم­های رودخانه­ای در پاسخ به تغییرات عوامل بیرونی و درونی تغییر می­یابد. از این رو تکنیک­های متعددی جهت شبیه­سازی این تغییرات و تحول سیستم رودخانه مطرح شده است. اتومای سلولی یکی از جدیدترین مدل­های سلولی رودخانه­ای می­باشد که چشم­انداز حوضه را با شبکه­ای از سلول­ها تعریف کرده و توسعه این چشم­انداز توسط عمل متقابل بین سلول­ها (مانند جریان آب و رسوب) با کاربرد قوانینی بر اساس ساده­سازی اصول حاکم بر فیزیک مشخص می­شود. این روش برای شبیه­سازی حوضه آبریز لیقوان با اندازه سلولی ۲۰ متر و داده­های بارش ساعتی ۱۰ سال (۸۰-۸۹) به­کار رفته است. نتایج شبیه­سازی به دو روش کمی و کیفی مورد ارزیابی قرار گرفت، به­طوری که تغییرات نسبی در حوضه و توزیع مکانی میزان حفر و رسوبگذاری در کل حوضه و در هر سلول روی نقشه مدل ارتفاعی رقومی مشخص گردید و هم­چنین مقادیر توزیع اندازه ذرات رسوب در دبی­های مختلف نشان داد که با افزایش دبی، مقادیر رسوب افزایش یافته و در این بین ذرات شن درشت، بیش­ترین مـقدار و ذرات ماسه خـیلی ریز، رس و لای کم­ترین مـقدار را دارا می­باشند. هم­چنین بررسی پروفیل­های طولی و عرضی نشان داد که رودخانه جاری در دره لیقوان در مرحله بلوغ قرار دارد و فرآیند رسوبگذاری در مجرای رودخانه غلبه دارد که یکی از مهم­ترین دلایل آن، افزایش بارش و تغییر اقلیم حوضه در دهه اخیر بوده که منجر به فرسایش دامنه­ها و رسوبگذاری در مجرای رودخانه شده است. در نهایت این­که هر چند صحت­سنجی نتایج حاصله از اتومای سلولی تا حدی دشوار بوده و مدلCAESAR  به پارامترهای ورودی حساس می­باشد اما مقایسه نتایج به­دست آمده با نتایج مطالعات پیشین و شواهد میدانی بیانگر نتایج قابل قبول رویکرد اتومای سلولی می­باشد.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Capability of Cellular Automaton in Simulation of Evolution and Erosion in river Systems (Case Study: Lighvan Catchment)

نویسندگان [English]

  • Somayeh Khaleghi 1
  • Shahram Roostayee 2
  • Ali Mohammad Khorshiddoost 2
  • Mohammad Hossein Rezaee Moghaddam 2
  • Mhammad ali Ghorbani 3
1 Assistant Professor of Shahid Beheshty,Tehran
2 Full professor.Faculty of Geography and Planning , Departmant of Physical Geography ,Tabriz University,Tabriz,Iran
3 Associate Professor ,Department of Water Engineering ,Tabriz University,Tabriz,Iran
چکیده [English]

Catchments and river systems altered in response to changes of internal and external factors. Hence, several techniques have been proposed to simulate these changes and Evolution of the river systems. Cellular Automaton is one of the newest river cellular models that define the catchment landscape with a grid of cells, and development of this landscape is determined by the interactions between cells (for example fluxes of water and sediment) using rules based on simplifications of the governing physics.This method is used for simulation of Lighvan catchment with 20 m cell size and 10 years precipitation data (1380 to 89). Simulation results evaluated in two qualitative and quantitative methods, So that the relative changes in the catchment and spatial distribution of erosion and aggradation value in the entire catchment and each cell was identified on Digital Elevation Model map and also, values of different particle size distribution ​​in different discharges showed that with the increasing discharge, and amounts of sediment increased and among this coarse sand have the highest value and very fine sand, clay and silt particles have the lowest value. Also investigation of longitudinal and latitude profile show that Lighvan river is in mature stage and Lighvan channel has been underwent aggradation due to climate changes and increasing catchment precipitation in last decade that causes hillslope erosion and channel aggradation. Finally, Since certainty of Cellular Automata results is difficult and CAESAR is sensitive to input parameters but comparing the results with previous investigation and field observation shows that Cellular Automata has acceptable results. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Cellular Automaton
  • CAESAR
  • Evolution
  • Degradation and Aggradation
  • Lighvan Catchment

مراجع

- احمدی، حسن (1367)، «ژئومورفولوژی کاربردی»، چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران.
- بیاتی­خطیبی، مریم و معصومه رجبی (1385)، «تحیلی تحول ژئومورفولوژیکی نیمرخ طولی دره ها در نواحی کوهستانی مطالعه موردی: یازده دره اصلی توده کوهستانی سهند»، پژوهش­های جغرافیایی، شماره 57، ، صص 59-43.
- فزونی، سعید (۱۳۸۵)، «بررسی مقایسه­ای پروفیل سطح آب و پهنه سیل با مدل­های با بستر ثابت و بستر متحرک»، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز.
- کرمی، فریبا؛ بیاتی­خطیبی، مریم و هاشم رستم­زاده (1385)، «پهنه­بندی خطر حرکات توده­ای مواد در حوضه آبریز لیقوان چای»، فصلنامه مدرس علوم انسانی، ویژه­نامه جغرافیا، دور دهم، پیاپی ۴۸، صص 145-125.
- Coulthard, T.J. (1999), “Modeling Upland Catchment Response to Holocene Environmental Change”, PhD Thesis, School of Geography, University of Leeds, U.K.
- Coulthard, T.J., Lewin, J., Macklin, M.G. (2005), “Modeling differential catchment response to environmental change”, Geomorphology,69, PP. 222-241.
- Coulthard, T.J., Macklin, M.G. and Kirkby, M.J. (2002), “A cellular model of Holocene upland river basin and alluvial fan evolution”, Earth Surface Processes and Landforms, 27, PP. 269-288.
- Coulthard, T.J., Macklin, M.G., (2001), “How sensitive river systems to climate and land use changes? A model-based evaluation”, Journal of Quaternary Science, 16 (4), PP. 347-351.
- Cox, C., Brasington, J. and Richards, K. (2005), “Predicting reach scale flow patterns using reduced complexity cellular schemes”, EGU General Assembly, 7, EGU05-A-01646.
- Gordon, E., Meentemeyer, R.K. (2006),“Effect of dam operation and land use on stream channel morphology and riparian vegetation”, Geomorphology, 82, PP. 412-429.
- Hancock, G.R, Coulthard, T.J., Willgoose, G.R. (2011), “Modelling erosion and channel movement-respose to rainfall variability in South East Australia”, 19th International Congress on Modelling and Simulation, Perth, Australia.
- Hancock, G.R, Lowry, JBC, Coulthard, T.J., Evans, KG, Moliere, DR, (2010), “A catchment scale evaluation of the SIBERIA and CAESAR landscape evolution models”, Eearth Surface, Process and Landforms, 35, PP. 863-875.
- Nicholas, A.P. (2005), “Cellular modelling in fluvial geomorphology”, Earth Surface Processes and Landforms, 30, pp. 645-649.
- River Basin Dynamics and Hydrology Research Group (RBDHRG), (2006), “Predictive and investigative modelling of flood hazard in Welsh river catchments”, Volume 1, University of Wales, Aberystwyth.
- Snyder, N.P,K.X, Whipple, G.E. Tucker, D.J, M., (2003), “Channel response to tectonic forcing field analysis of stream morphology and hydrology in the Mendocino triple junction region”, Northern California, Geomorphology, 53, PP. 97-127.
- Thomas. R, Nicholas, A.P., Quive, T.A. (2007), Cellular modelling as a tool for interpreting historic braided river evolution”, Geomorphology, 90, PP. 302-317.
- Van De Wiel, M.J., Coulthrd, T.J., Macklin, M.G, Lewin, J., (2007), “Embedding reach-scale fluvial dynamics within the CAESAR cellular automaton landscape evolution model”, Geomorphology, 90, PP. 283-301.
- Van, Tri P.D., Carling, Paul A., Coulthard, Tom J., Atkinson, Peter M. (2007), “Cellular Automata Approach for Flood Forecasting in a Bifurcation River System,  PUBLS. INST. GEOPHYS. POL. ACAD. SC., E-7 (401), PP. 255-260.
- Ziliani, L., Surian, N., Coulthard, T.J., Tarantola, S., (2013), “Reduced-complexity modeling of braided rivers: Assessing model performance by sensitivity analysis,calibration, and validation”, Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 118, PP. 1-20.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار