کاربرد روش‌های فیلتر دیجیتال در ارزیابی آب‌پایه و تغذیه آب زیرزمینی در حوضه کشکان

نویسندگان

1 گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

2 گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

3 گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

doi
10.22034/iwm.2025.2042760.1178
چکیده

چکیده مبسوط مقدمه: مدیریت منابع طبیعی به‌عنوان پایه و اساس توسعه پایدار در نظر گرفته می‌شود. لذا در کشوری همچون ایران که در منطقه پرتنش و کم آب خاورمیانه قرار دارد، مدیریت منابع آب بسیار حائز اهمیت است‌. به‌منظور مدیریت موثر منابع آب، درک تغییرات زمانی در آب‌پایه بسیار مهم است. شناخت مناسب‌ترین و بهینه‌ترین روش جداسازی جریان هیدورگراف و برآورد دبی پایه امکان محاسبه‌ دقیق شاخص دبی پایه را فراهم می‌کند.مواد و روش‌ها: در این پژوهش به‌منظور برآورد آب‌پایه از 9 الگوریتم فیلتر برگشتی استفاده شد. این الگوریتم‌ها شامل ‌Local Minimum، Sliding Interval، Fixed Interval، Eckhardt، Chapman، Chapman & Maxwell، Lyne & Holick، Furey & Gupta و Boughton می‌باشند. با استفاده از این الگوریتم‌ها مقدار آب‌پایه به‌صورت روزانه، با استفاده از داده‌های دبی جریان و بارش روزانه و برای دوره آماری 1400-1389، برای حوزه آبخیز کشکان محاسبه گردید. در مطالعه حاضر به‌منظور تفکیک آب‌پایه در حوزه آبخیز کشکان، ایستگاه‌های کاکارضا، سراب صیدعلی، چم انجیر، افرینه و پلدختر موردبررسی قرار گرفتند. ارزیابی عملکرد روش‌های تفکیک آب‌پایه هیدورگراف حوزه آبخیز کشکان توسط ضریب کارایی NSE و ضریب R2 انجام شد و مناسب‌ترین روش فیلتری انتخاب گردید. نتایج: از میان الگوریتم‌های برگشتی موردبررسی، برای هر 5 زیرحوضه موردبررسی، کمترین میزان برآورد آب‌پایه مربوط به روش Furey & Gupta آب‌پایهبود. در زیرحوضه افرینه، روش‌های Lyne و Hollick، Fixed Interval و Sliding Interval به­ترتیب آب‌پایه را 41/36، 11/30 و 7/29 مترمکعب بر ثانیه برآورد کردند. این روش‌ها ۸۵٪، ۸۲٪ و ۸۱٪ از کل جریان را به مشارکت‌های آب‌های زیرزمینی اختصاص دادند. در زیرحوضه چم انجیر بیشترین مقادیر میانگین ​​سالانه آب‌پایه به روش‌های Lyne و  Holicو Local Minimum است و مقادیر آن‌ها به­ترتیب برابر با 22/7 و 24/6 مترمکعب بر ثانیه بود.   تغییرات در میانگین آب‌پایه بین روش‌های مختلف در زیرحوضه چم انجیر از ۱۷٪ تا ۹۴٪ متغیر بود .برای زیرحوضه کاکارضا بیشترین مقادیر متوسط ​​سالانه آب‌پایه با استفاده از روش‌هایLyne  وHolic  و Sliding Interval مشاهده شد که مقادیر آن‌ها به‎ترتیب برابر با 70/9 و 72/9 مترمکعب بر ثانیه بودند. تغییرات در میانگین آب‌پایه بین روش‌های مختلف در زیرحوضه کاکارضا از 17 تا 95 درصد متغیر بود. به طور مشابه، در زیرحوضه پلدختر بیشترین مقادیر با استفاده از روش‌های Lyne و Holic، Fixed Interval و Sliding Interval به دست آمد که به‎ترتیب برابر با 10/36، 40/34 و 40/34 مترمکعب بر ثانیه بودند و دامنه تغییرات از 17% تا 99% متغیر بود. در زیرحوضه سراب صیدعلی روش‌هایLyne  وHolic ، Fixed Interval و Sliding Interval به ترتیب بیشترین مقادیر میانگین ​​سالانه آب‌پایه را به میزان 97/5، 95/5 و 94/5 مترمکعب بر ثانیه به دست آوردند، و تغیرات آن‌ها از 17‌% تا 92‌% متغیر بود. بر اساس یافته‌ها و معیارهای ارزیابی، روش‌های Local Minimum، Lyne و Hollick، Sliding Interval و Fixed Interval به‌عنوان روش‌های مناسب برای جداسازی آب‌پایه تعیین شدند. بحث: آب‌پایه در حوزه آبخیز کشکان لرستان بخش زیادی از جریان را تشکیل می‌دهد. در اکثریت روش‌های موردبررسی در این پژوهش نیز نشان داده شد که شاخص آب‌پایه بیش از 50  درصد از جریان رود را در طول سال تشکیل می‌دهد. در تمامی زیرحوضه‌های موردمطالعه، الگوریتمLyne  و ‌Holick دارای مقدار ضریب NSE و مقدار R2 مناسبی بود؛ بنابراین می‌توان این الگوریتم را به‌عنوان یک روش مناسب برای برآورد مقدار آب‌پایه در حوضه کشکان دانست. باتوجه به ویژگی‌های هیدرولوژیکی حوضه، این روش می‌تواند نوسانات طبیعی آب‌پایه را بهتر شبیه‌سازی کند.نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش می‌تواند به برآوردهای مربوط به سهم جریان پایه کمک کند و در انتخاب روش‌های مناسب برای تفکیک جریان در مدل‌سازی هیدرولوژیکی رودخانه‌ها با دامنه‌های مختلف جریان در حوضه کشکان مؤثر باشد. پژوهش حاضر بر تفکیک منابع آبی در حوضه کشکان با استفاده از روش‌های فیلترینگ دیجیتال متمرکز شده است. توصیه می‌شود در مطالعات آتی، سایر رویکردها مانند روش‌های شیمیایی و ردیاب‌ها برای تمایز منابع آبی در حوضه کشکان بررسی شود و دقت این روش‌ها با تکنیک‌های فیلترینگ دیجیتال مقایسه گردد.