دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 5 3 2025 11 22 Application of digital filtering methods for assessing base flow and groundwater recharge in the Kashkan Watershed کاربرد روش‌های فیلتر دیجیتال در ارزیابی آب‌پایه و تغذیه آب زیرزمینی در حوضه کشکان 69 86 719959 10.22034/iwm.2025.2042760.1178 FA علی حقی زاده گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران 0000-0002-0928-827X لیلا قاسمی گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران حافظ میرزاپور گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران 0000-0003-3323-6813 Journal Article 2024 10 06 Extended Abstract Introduction: Natural resource management is considered the foundation of sustainable development. Therefore, in a country like Iran, located in the water-stressed and tense region of the Middle East, water resource management is of paramount importance. Knowledge of temporal changes in baseflow is crucial for effective water resources management. Identifying the most suitable and optimal method for hydrograph separation and baseflow estimation enables the accurate calculation of the baseflow index. Materials and methods: In this study, nine recession filter algorithms were used to estimate baseflow. These algorithms include Local Minimum, Sliding Interval, Fixed Interval, Eckhardt, Chapman, Chapman & Maxwell, Lyne & Hollick, Furey & Gupta, and Boughton. Using these algorithms, daily baseflow was calculated for the Kashkan watershed using daily discharge and rainfall data from 1999 to 2020. The Kakareza, Sarab Seid Ali, Cham Anjir, Afrineh, and Pol-e-Dokhtar stations were investigated to separate baseflow in the Kashkan watershed. The performance of the methods for separating baseflow in the hydrograph of the Kashkan watershed was assessed using the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) coefficient and the R² coefficient to select the most suitable filtering method. Results: Among the recession algorithms examined, the Furey & Gupta method estimated the lowest baseflow for all five sub-watersheds. In the Afrineh sub-watershed, the Lyne and Hollick, Fixed Interval, and Sliding Interval methods estimated baseflow as 36.41, 30.11, and 29.7 m3/s, respectively. These methods attributed 85%, 82%, and 81% of the total flow to groundwater contributions. In the Cham Anjir sub-watershed, the highest annual average baseflow values were obtained using the Lyne & Hollick, and Local Minimum methods, with values of 7.22, and 6.24 m3/s, respectively. The variation in mean baseflow among different methods in the Cham Anjir sub-watershed ranged from 17% to 94%. For the Kakareza sub-watershed, the highest annual average baseflow values were observed using the Lyne & Hollick, and Sliding Interval methods, with values of 9.70, and 9.72 m3/s, respectively. The variation in mean baseflow among different methods in the Kakareza sub-watershed ranged from 17% to 95%. Similarly, in the Pol-e-Dokhtar sub-watershed, the highest values were obtained using the Lyne & Hollick, Fixed Interval, and Sliding Interval methods, with values of 36.10, 34.40, and 34.40 m3/s, respectively, and variations ranging from 17% to 99%. In the Sarab Seid Ali sub-watershed, the Lyne & Hollick, Fixed Interval, and Sliding Interval methods yielded the highest annual average baseflow values of 5.97, 5.95, and 5.94 m³/s, respectively, with variations ranging from 17% to 92%. Based on the findings and evaluation criteria, the Local Minimum, Lyne & Hollick, Sliding Interval, and Fixed Interval methods were identified as suitable for baseflow separation in the studied sub-watersheds. Discussion: Baseflow in the Kashkan watershed of Lorestan constitutes a significant portion of the flow. In the majority of the methods examined in this study, it was also shown that baseflow accounts for more than 50% of the streamflow throughout the year. In all studied sub-watersheds, the Lyne and Holick algorithm showed suitable values for the NSE coefficient and R². Therefore, this algorithm can be considered an appropriate method for estimating baseflow in the Kashkan watershed. Considering the hydrological characteristics of the watershed, this method can better simulate the natural fluctuations of baseflow. Conclusion: The results of this study can inform baseflow contribution estimates and help in selecting appropriate methods for flow separation in the hydrological modeling of rivers with varying discharge ranges in the Kashkan watershed. The present research focused on differentiating water sources in the Kashkan watershed using digital filtering methods. Future studies are recommended to explore other approaches, such as chemical methods and tracers, for water source differentiation in the Kashkan watershed, and to compare the accuracy of these methods with digital filtering techniques. 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. <span dir="RTL" lang="FA" style="font-size: 11.0pt; mso-ansi-font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">نتیجه‌گیری<span dir="RTL" lang="FA" style="font-size: 10.0pt; mso-ansi-font-size: 9.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">: <span dir="RTL" lang="FA" style="font-size: 10.0pt; mso-ansi-font-size: 9.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">نتایج <span dir="RTL" lang="FA" style="font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">این پژوهش <span dir="RTL" lang="AR-SA" style="font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: AR-SA;">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<span style="font-size: 10.0pt; font-family: 'Times New Roman',serif; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-bidi-font-family: 'B Nazanin'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">.<span dir="RTL" style="font-size: 14.0pt; mso-ansi-font-size: 12.0pt; font-family: 'B Zar'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-fareast-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;"> <span dir="RTL" lang="AR-SA" style="font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: AR-SA;">پژوهش حاضر بر تفکیک منابع آبی در حوضه کشکان با استفاده از روش‌های فیلترینگ دیجیتال متمرکز شده است<span style="font-size: 10.0pt; font-family: 'Times New Roman',serif; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-bidi-font-family: 'B Nazanin'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;">.<span dir="RTL" lang="FA" style="font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: FA;"> توصیه می‌شود در مطالعات آتی، <span dir="RTL" lang="AR-SA" style="font-size: 10.0pt; font-family: 'B Nazanin'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; color: black; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: AR-SA;">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.

https://iwm.ilam.ac.ir/article_719959_99a35b2ce88b6bf06d3b60d17026b993.pdf