برآورد میزان رواناب حوضه آبریز لنبران چای در استان آذربایجان شرقی: کاربرد مقایسه ای روش های واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT

جغرافیا و مخاطرات محیطی

مقاله 4، دوره 8، شماره 3 - شماره پیاپی 31، مهر 1398، صفحه 59-75   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/geo.v8i3.81998

نویسندگان

محمدحسین رضائی مقدم^* ؛ میراسدالله حجازی؛ عبدالله بهبودی

دانشگاه تبریز

چکیده

شبیه‌ سازی جریان رودخانه ‌ها، پیش ‌بینی رفتار هیدرولوژیکی حوضه ‌های آبریز و درک درست از مؤلفه‌ های مختلف چرخه هیدرولوژیکی برای برنامه‌ریزی و حفاظت از منابع آبی ضرورت دارد. از طرف دیگر، نبود برآورد مناسب رواناب حاصل از بارش در حوضه‌های آبریز، مدیریت بهینه منابع آب به‌ویژه مدیریت بهره ‌برداری از سدها و شبکه آب ‌رسانی را دچار مشکل می‌نماید. در این پژوهش، بیلان آبی حوضه آبریز لنبران با استفاده از مدل SWAT شبیه‌سازی شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT از دو روش GLUE و SUFI-2 استفاده شد. نتایج حاصل با استفاده از چهار معیار ارزیابی مدل‌ ها شامل معیار نش ساتکلیف، ضریب تبیین، نسبت باقیمانده میانگین مربعات خطا به انحراف از معیار داده‌ های مشاهداتی و دو فاکتور p-factor و r-factor مقایسه شدند. نتایج حاصل از کاربرد این دو روش نشان داد که روش SUFI-2 دارای الگوریتم موترتری برای واسنجی و تعیین عدم قطعیت مدل در این حوضه است. بر این اساس با اطمینان بیشتری می‌توان از مدل SWAT واسنجی شده با الگوریتم SUFI-2 در مدیریت منابع آب، کمی سازی سناریوهای تغییر اقلیم و تغییر کاربری در داخل حوضه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

لنبرا ن چای؛ روش SUFI-2؛ واسنجی؛ مدل SWAT؛ عدم قطعیت

مراجع

اخوان، سمیرا، عابدی کوپایی، جهانگیر، موسوی، سید فرهاد، عباس پور، کریم، افیونی، مجید و اسلامیان، سید سعید؛ 1390. تخمین «آب آبی» و «آب سبز» با استفاده از مدل SWAT در حوضه آبریز همدان- بهار. نشریه علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. علوم آب‌وخاک. سال چهاردهم. شماره 53. صص 23-9.

اعلمی، محمد تقی؛ عباسی، حبیبه و نیک سخن، محمد حسین؛ 1397. مقایسه دو روش متفاوت واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT در برآورد میزان رواناب و بار مواد معلق حوضه صوفی چای. نشریه دانش آب‌وخاک. جلد 28. شماره 3. صص 64-53.

اکبری مجدر، حسین؛ بهره مند، عبدالرضا؛ نجفی نژاد، علی و واحد بردی، شیخ؛ 1392. شبیه‌سازی جریان روزانه رودخانه چهل چای استان گلستان با مدل SWAT؛ نشریه پژوهش‌های حفاظت آب‌وخاک. شماره 3. صص 259-253.

انصاری، محمدرضا، گرجی، منوچهر، صیاد، غلام عباس، شرفا، مهدی و حمادی کاظم؛ 1393. شبیه‌سازی رواناب حوضه آبخیز رود زرد با استفاده از مدل SWAT. نشریه علوم و مهندسی آبیاری. جلد 38. شماره 4. زمستان صص 107-97.1394.

بسالت پور، علی اصغر؛ ایوبی، شمس ا...؛ حاج عباسی، محمدعلی و جلالیان، احمد؛ 1393. واسنجی و اعتبار سنجی مدل SWAT با استفاده از الگوریتم پرندگان برای شبیه‌سازی رواناب و رسوب در یک حوضه آبخیز کوهستانی؛ نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار. جلد چهارم. شماره چهارم. 1393. صص 312-295.

بصیری، مرضیه؛ اسفندیار پور بروجنی، عیبسی؛ اخوان، سمیرا؛ حمیدپور، محسن و کمالی، اردوان؛ 1393. تأثیر مقیاس نقشه خاک بر مدل SWAT در شبیه‌سازی روند جریان رواناب ماهانه در حوضه آبخیز تویسرکان؛ نشریه مدیریت خاک. تولید پایدار. جلد چهارم. شماره سوم. 1393. صص 153-135.

بیات، مهراد؛ علیزاده، حسین و مجردی، برات؛ 1397. جذب داده برای واسنجی – پیش‌بینی با استفاده از مدل SWAT؛ نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال چهاردهم. شماره 1. بهار 1397. صص 12-1.

حبیبی، علیرضا و گودرزی، مسعود؛ 1397. کاربرد مدل نیمه توزیعی SWAT در شبیه‌سازی رواناب حوضه حبله رود. نشریه علوم مهندسی و آبخیز داری. سال دوازدهم. شماره 43. زمستان 1397. صص 49-40

رضازاده، محمد سهیل، بختیاری، بهرام، عباسپور، کریم، احمدی، مهدی و احمدی، محمد؛ 1396. شبیه‌سازی رواناب، رسوب و تبخیر- تعرق با استفاده از سناریوهای مدیریتی برای کاهش بار رسوب با استفاده از مدل SWAT. نشریه علوم مهندسی آبخیزداری ایران. سال دوازدهم. شماره 40. بهار 1397. صص 50-41.

زارع گاریزی، آرش و طالبی، علی؛ 1395. شبیه‌سازی بیلان آب حوضه آبریز با استفاده از مدل SWAT مطالعه موردی: حوضه قره سو استان گلستان. نشریه علوم مهندسی منابع آب. سال نهم.50 پاییز 1395. صص 50-37.

شفیعی مطلق، خسرو؛ پر همت، جهانگیر؛ صدقی، حسین و حسینی، مجید؛ 1397. بررسی تغییر کاربری بر رواناب رودخانه مارون در ایستگاه ایدنک با استفاده از داده‌های سنجش‌ازدور و مدل SWAT؛ نشریه حفاظت منابع آب‌وخاک. سال هفتم. شماره سوم. بهار 1397. صص 87-71.

عارفی اصل، اکرم؛ نجفی نژاد، علی و سلمان ماهینی، عبدالرسول؛ 1392. شبیه‌سازی رواناب و رسوب با استفاده از مدل SWAT در حوضه آبخیز چهل چای استان گلستان. نشریه مرتع و آبخیز داری. دوره 66. شماره 3. پاییز 1392. صص 446-433.

عینی، محمدرضا، جوادی، سامان و دلاور مجید؛ 1397. ارزیابی عملکرد داده‌های باز تحلیل شده پایگاه‌های اقلیمی جهانی CRU و NCEP CFSR در شبیه‌سازی هیدرولوژِیکی مدل SWAT مطالعه موردی: حوضه آبریز مهارلو. نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال چهاردهم. شماره 1. بهار 1397. صص 44-32.

غلامی، عباس؛ شاهدی، کاکا؛ حبیب نژاد روشن، محمود؛ وفاخواه، مهدی و سلیمانی، کریم؛ 1396. ارزیابی کارایی مدل نیمه توزیعی SWAT در شبیه‌سازی جریان رودخانه‌ای (مطالعه موردی: حوضه آبخیز تالار استان مازندران)؛ نشریه تحقیقات آب‌وخاک ایران. دوره 48. شماره 3. مهر و آبان 1396. صص 476-463.

کاویان، عطا الله، گلشن، محمد، روحانی، حامد و اسمعلی عوری، اباذر؛ 1392. شبیه‌سازی رواناب و بار رسوب حوضه آبخیز رودخانه هراز مازندران با بهره گیری از الگوی SWAT نشریه پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. دوره 47. شماره2. تابستان 1394. صص 211-197.

کرمی، فریبا و بیاتی خطیبی مریم؛ 1398. مدل‌سازی فرسایش خاک و اولویت بندی تولید رسوب در حوضه‌ سد ستارخان اهر با استفاده از مدل‌های MUSLE و SWAT. نشریه هیدروژئومورفولوژی. شماره‌ 18. سال 5. بهار 1398. صص 137-115.

گودرزی، محمدرضا و فاتحی فر، آتیه؛ 1398. پهنه‌بندی خطر سیلاب در اثر تغییرات اقلیمی تحت سناریو RCP 8.5 با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT در محیط GIS (حوضه آذرشهرچای). نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. سال نوزدهم. شماره 53. تابستان 98. صص 117-99.

محمدی، مازیار؛ کاویان، عطاا... و غلامی، لیلا؛ 1396. شبیه‌سازی دبی و نیترات در حوزه آبخیز تالار با استفاده از مدل SWAT. نشریه پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز. سال هشتم. شماره 15. بهار و تابستان 1396. صص 60-45.

مؤذن زاده، روزبه؛ قهرمان، بیژن؛ ارشد، صالح و داوری، قهرمان؛ 1395. بهبود مدل‌سازی حوضه آبریز از طریق تجمیع مؤلفه‌های اصلی هیدرولوژیک در مدل SWAT. نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال دوازدهم. شماره 3. پاییز 1395. صص 79-65.

ناصرآبادی، فؤاد؛ اسمعلی عوری، اباذر؛ اکبری، حسین و رستمیان، رخساره؛ 1396. شبیه‌سازی جریان رودخانه با استفاده از مدل SWAT (مطالعه موردی: رودخانه قره سو اردبیل). نشریه پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز. سال هفتم. شماره 13. بهار و تابستان 1395. صص 59-50.

نظری پویا، هادی؛ کردوانی، پرویز و فرجی راد، عبدالرضا؛ 1394. واسنجی و ارزیابی عملکرد مدل‌های هیدرولوژی IHACRES و SWAT در شبیه‌سازی رواناب. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. سال دوم. شماره 2. تابستان 1394. صص 112-99.

Abbaspour K.C, Yang J, Maximov I, Siber R, Bogner K, Mieleitner J, Zobrist J, Srinivasan R. 2007.

Ayele, G.T., Teshale, E.Z., Yu, B., Rutherfurd, I.D., Jeong, J., 2017. Streamflow and Sediment Yield

Beven, K., and A. Binley., 1992. The future of distributed models: Model calibration and uncertainty prediction. Hydrol Proc. 6: 279-298.

Chu, T. W. and A. Shirmohammadi., 2004. Evaluation of the SWAT model’s hydrology component in the piedmont physiographic region of Maryland. Transactions of the ASAE, 47(4): 1057-1073.

Faramarzi M, Abbaspour K.C, Schulin R, Yang H., 2009. Modelling blue and green water resources availability in Iran. Hydrological Processes 23: 486–501.

Grusson Y, Anctil F, Sauvage S, Sanchez Perez J., 2017. Testing the swat model with gridded weather data of different spatial resolutions. Water, 9(1):54

Li, K.Y., Coe, M.T., Ramankutty, N., and De Jong, R., 2007. Modeling the hydrological impact of landchange in West Africa, J. of Hydro., 337: 258-268.

Modelling hydrology and watershed using SWAT. Journal of Hydrology 333 (2-4), 413–430.

Moriasi DN, Arnold JG, Van Liew MW, Bingner RL, Harmel RD, Veith TL., 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, 50(3): 885–900.

Motovilov Y.G., Gottschalk, L., Engeland, K., and Rodhe, A., 1999. “Validation of a distributed Hydrological Model against Spatial Observations” Agricultural and Forest Meteorology, 98-99, 257-277.

Ndomba, P.M., Mtalo, F.W. and Killingtveit, A., 2008. "A Guided SWAT Model Application.on Sediment Yield Modeling in Pangani River Basin: Lessons Learnt". Urban Environmental Engineering. Vol. 2. No. 2. pp. 53-62

Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.R., Williams, J.R. and King, K.W., 2004. Soil and Water.Assessment Tool- Theoretical Documentation– version 2005. Texas. Agricultural Research Service. P. 494

Pisinaras, V., Petalas, C., Gikas, G. D., Gemitzi, A. and Tsihrintzis, V.A., 2010. "Hydrological and water quality modeling in a medium-sized basin using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT)". Desalination. Vol. 250. No. 1. pp. 274–286.

Prediction for Watershed Prioritization in the Upper Blue Nile River Basin, Ethiopia, Water, Vol.9, No,782, PP. 1-29.

Ritchie J.T. 1972. A model for predicting evaporation from a row crop with incomplete cover. Water Resources Research 8: 1204-1213.

Setegn, S. G., Dargahi, B., Srinivasan, R. and Melesse, A. M., 2010. Modeling of Sediment Yield from Anjeni-Gauged Watershed, Ethiopia Using SWAT Model, JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 46(3), 514–526.

Shimelis, G.S., Dargahi, B., Srinivasan, R. and Melesse, A., 2010. "Modeling of Sediment Yield from Anjeni-Gauged Watershed, ETHIOPIA Using SWAT Model". The American Water Resources Association. Vol. 46. No. 3. pp. 514-526.

Silva, R.M., Santos, C.A.G. and Silva, L.P., 2007. "Evaluation of soil loss in Guaraira basin by GIS and remote sensing based model". Urban Environmental Engineering. Vol. 1. No. 2. pp. 44-52.

Sloan P.G, Morre I.D, Coltharp G.B, Eigel J.D., 1983. Modeling surface and subsurface stormflow on steeply-sloping forested watersheds. Water Resources Research Institute, Report 142. University of Kentucky, Lexington.

Sun L, Nistor I, and Seidou O., 2015. Streamflow data assimilation in SWAT model using Extended Kalman Filter. Journal of Hydrology 531:671-684

Tolson, B. A. and C. A. Shoemaker., 2004. Watershed modeling of the cannonsville basin using SWAT2000: Model development, calibration and validation for the prediction of flow, sediment and phosphorus transport to the Cannonsville reservoir. Technical Report, School of Civil and Environmental Engineering, Cornell Univ., Ithaca, N. Y.