مدل WetSpa برای هر سلول شبکه سلولی، از سطح زمین به پایین به ترتیب چهار لایه عمودی منطقه تاج پوشش، منطقه ریشه، منطقه انتقال و منطقه اشباع را در نظر می‌گیرد و با استفاده از اطلاعات زمینی و اقلیمی، تعادل آب و انرژی را در سطح سلول شبیه‌سازی می‌کند. لذا در مدل مذکور، تبخیر از ذخیره برگابی، ذخیره چالابی و سطح خاک صورت می‌گیرد. تعریق از گیاه توسط سیستم ریشه موجود در لایه خاک و بخش کمی از آن نیز از ذخیره آب زیرزمینی انجام می‌شود. تعادل آب برای ذخیره برگابی شامل بارش، تبخیر و سقوط به پایین است. تعادل آب برای ذخیره چالابی شامل نفوذ، تبخیر و رواناب سطحی است. تعادل آب برای ستون خاک شامل نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، جریان زیرسطحی و نفوذ عمقی است. تعادل آب برای ذخیره آب زیرزمینی شامل تغذیه آب زیرزمینی، تبخیر و تعرق عمقی و جریان آب زیرزمینی است. در شکل ساختار شماتیکی از تعادل آب و انرژی در مدل WetSpa آورده شده است.

 ورودی‌های مدل

ورودی‌های مدل WetSpa به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از داده‌های رقومی و داده‌های اقلیمی-هیدرولوژیکی که شرح هرکدام از آن‌ها در بخش زیرین آورده شده است (لیو و دی اسمیت، ۲۰۰۴).

 داده‌های رقومی

سه نقشه اصلی رقومی موردنیاز در مدل WetSpa که تحت عنوان نقشه‌های پایه موردبحث قرار می‌گیرند، عبارت‌اند از مدل رقومی ارتفاع (DEM)، نقشه کاربری اراضی و نقشه بافت خاک. این نقشه‌ها به فرمت رستری تهیه و وارد مدل می‌شوند.

علاوه بر لایه‌های رقومی مذکور، لایه‌های نقطه‌ای موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی و لایه پلیگونی مرز حوزه آبخیز به‌منظور پلیگون بندی سطح اثر هرکدام از ایستگاه‌ها موردنیاز است.

 داده‌های اقلیمی-هیدرولوژیکی

داده‌های اقلیمی موردنیاز در مدل WetSpa شامل بارندگی، تبخیر و تعرق پتانسیل و دما (در صورت کوهستانی بودن منطقه و وجود تجمع و ذوب برف در حوضه) با گام زمانی ساعتی یا روزانه است. همچنین داده‌های دبی در خروجی حوضه با گام زمانی متناسب با داده‌های اقلیمی به‌منظور واسنجی و ارزیابی عملکرد مدل، موردنیاز است. داده‌های اقلیمی-هیدرولوژیکی با فرمت نوشتاری وارد مدل می‌شوند.

  فرمولاسیون مدل

مدل WetSpa یک مدل فیزیکی است که فرآیندهای مختلف هیدرولوژیکی مانند بارش، ذوب برف، بارش مازاد، نفوذپذیری و … را بر مبنای اصول فیزیکی مانند قانون بقای جرم و مومنتم شبیه‌سازی می‌کند. همچنین جریان آبراهه در یک مقطع از مسیر و جریان سطحی در سطح سلول توسط مدل مذکور روندیابی می‌شوند و در نهایت بیلان آبی کل حوزه آبخیز (در خروجی از جمع بیلان آبی سلول‌ها تعیین می‌شود. شرح کامل این فرآیندها و روابط شبیه‌سازی هرکدام، در راهنمای مدل WetSpa ارائه‌شده است که از وب‌سایت دانشگاه بروکسل به آدرس اینترنتی /www. vb.ac.be / WetSpa قابل دریافت است. در بخش زیر به تعدادی از مهم‌ترین فرآیندها و روابط مربوطه اشاره می‌شود (لیو و دی اسمیت، ۲۰۰۴).

 بارش

توزیع مکانی بارندگی در این مدل با استفاده از روش مرسوم درون‌یابی تیسن در نظر گرفته می‌شود و برای هر سلول، بارندگی نزدیک‌ترین ایستگاه لحاظ می‌شود. در این مدل، رابطه ۳-10 برای محاسبه بارندگی هر سلول، استفاده می‌شود که یک حالت درون‌یابی در مناطق کوهستانی بلند با تعداد ایستگاه‌های اندازه‌گیری کم، است و تغییرات شدید بارندگی نسبت به ارتفاع را با استفاده از روش تصحیح نرخ اختلاف لحاظ می‌کند و تغییرات خطی بارندگی با تغییر ارتفاع مفروض است.

ذوب برف

در مدل WetSpa ذوب برف به‌عنوان یک فرآیند اختیاری در نظر گرفته می‌شود که در صورت وجود تجمع و ذوب برف در حوضه و شبیه‌سازی ذوب برف، داده‌های درجه حرارت نیز به مدل وارد می‌شود. در این مدل شاخص درجه حرارت یا روش روز- درجه حرارت جهت شبیه‌سازی ذوب برف مورداستفاده قرار می‌گیرد.

 بارش مازاد و نفوذپذیری

در مدل WetSpa به‌منظور تخمین بارش مازاد یا رواناب سطحی از یک روش استدلالی مبتنی بر ضریب پتانسیل رواناب اصلاح‌شده استفاده می‌شود. این ضریب رواناب پتانسیل، وابسته به کاربری زمین، بافت خاک، توپوگرافی، شدت بارش و رطوبت پیشین خاک است. همچنین میزان نفوذپذیری محاسبه می‌شود.

در مدل WetSpa فرض بر این است که آب پس از نفوذ به پایین‌تر از زون ریشه، مستقیماً به مخزن آب زیرزمینی می‌پیوندد. نفوذ عمقی با استفاده از قانون دارسی مطابق رابطه ۳-16 محاسبه می‌شود. لازم به ذکر است که در این رابطه، نفوذ تابعی از هدایت هیدرولیکی و گرادیان هدایت هیدرولیکی پتانسیل است.

 ذخیره آب زیرزمینی و آب‌پایه

دبی آب زیرزمینی، آب‌پایه هیدرو گراف را تشکیل می‌دهد و لذا برای پیش‌بینی جریان آبراهه در هر پایه زمانی باید مقداری از ذخیره آب زیرزمینی که وارد جریان می‌شود، محاسبه گردد. ذخیره آب زیرزمینی و جریان آب‌پایه برخلاف سایر پارامترهای هیدرولوژیکی در واحد زیر حوضه محاسبه می‌شود. تعادل آب زیرزمینی برای هر زیر حوضه محاسبه می‌شود.

در این مدل، تبخیر و تعرق از آب زیرزمینی از طریق سامانه‌های عمیق ریشه‌ای و یا از منافذ کاپیلاریته در مناطقی که عمق آب زیرزمینی کم است، توسط روابط مربوطه در نظر گرفته می‌شود.

روندیابی جریان سطحی و جریان آبراهه

ابتدا جریان آب سطحی و زیرسطحی در هر شبکه سلولی به‌سوی کانال اصلی زیر حوضه روندیابی می‌شود و در خروجی هر زیر حوضه به آب زیرزمینی می‌پیوندد و سپس کل جریان به سمت خروجی حوزه آبخیز روندیابی می‌شود. روندیابی جریان سطحی و جریان آبراهه در مدل WetSpa با استفاده از معادلات تقریب موج پخشی سنت ونانت انجام می‌گیرد.

هیدرو گراف جریان خروجی

در نهایت برای هر ورودی دلخواه در سلول، هیدرو گراف جریان خروجی در انتهای مسیر با جمع کردن حجم رواناب‌های ورودی و با توجه به تابع پاسخ واحد ورودی مسیر جریان قابل محاسبه است.

 پاسخ جریان در کل حوضه

با در نظر گرفتن قابلیت تجزیه مکانی در یک سیستم روندیابی خطی، پاسخ جریان حوضه را می‌توان از طریق جمع کردن پاسخ‌های تمام سلول‌های شرکت‌کننده تعیین نمود. لذا پاسخ جریان در کل حوضه را می‌توان محاسبه کرد.

کلیپ آموزشی مورد نظر به مدلسازی مدل wetspa در محیط Arcview  می پردازد

قیمت: 50000 تومان

دانلود نرم افزار ArcView 3.3 بدون مشکل لینک و نیاز به نصب