بخشی از مقاله
چکیده
بهمنظور کاهش خطرات و خسارات ناشی از وقوع بارندگیهای شدید، تغییرات شدید کاربری اراضی و همچنین انجام دادن اقدامات مدیریتی مناسب، برآورد رواناب و رسوب و پیشبینی شرایط آتی ضروری است. در این مطالعه میزان رواناب در بخشی از حوزه آبخیز گرگانرود واقع در استان گلستان، برای دوره آتی با استفاده از مدل SWAT شبیه سازی گردید. ابتدا قابلیت و توانایی مدل در برآورد رواناب بررسی شد، سپس به تحلیل عدم قطعیت نتایج حاصل از اجرای این مدل پرداخته شد.
نتایج نشان داد که CN2 یکی از مهمترین پارامترهایی است که بر شبیهسازی هیدرولوژیکی تاثیرگذار بوده و به عنوان روشی تجربی بهطور گسترده برای برآورد رواناب مستقیم برای یک رخداد باران استفاده میشود. در مجموع، مدل SWAT توانست پس از واسنجی و اعتبارسنجی، به کمک الگوریتم GLUE، پیشبینی رضایت بخشی از دبی ماهانه حوضه داشته باشد. لذا میتوان از مدل SWAT واسنجی شده در مطالعه و بررسی اثرات و اقدامات آبخیزداری و مدیریتی بر حوضه مورد نظر استفاده کرد.
مقدمه
بهمنظور کاهش خطرات و خسارات ناشی از وقوع بارندگیهای شدید، تغییرات شدید کاربری اراضی و همچنین انجام دادن اقدامات مدیریتی مناسب، برآورد رواناب و رسوب و پیشبینی شرایط آتی ضروری است. در اکثر آبخیزهای کشور به دلیل تعداد کم ایستگاههای اندازهگیری و عدم وجود آمار و اطلاعات کافی بهمنظور برآورد تغییرات آتی، شبیهسازی پدیدههای هیدرولوژیکی آبخیزها با استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی بهترین راهکار میباشد.
یکی از نگرانیهای مهم، عدم قطعیت خروجی مدل است. پیشبینی های مدل به دلیل عدم قطعیت مرتبط با ورودی، ساختار مدل، پارامتر و خروجی، یک مقدار مشخص نیستند و باید همراه با یک محدوده اطمینان ارائه شوند
بیش برآورد عدم قطعیت ممکن است سبب هزینه مالی و زمانی بیش از حد در مدیریت حوضه آبخیز شود، در حالی که برآورد کم عدم قطعیت، به تصمیمگیری اشتباه در مدیریت منابع آب و عدم پیشبینی صحیح فرصتها و موقعیت های بالقوهی حوضه آبخیز منجر میشود.
پژوهش های متعددی عدم قطعیت نتایج شبیهسازی در مدلسازی هیدرولوژیکی را بررسی کردهاند، که گاسمن و همکاران - 2014 - مرور جامعی از پژوهشهای گذشته را ارائه کردهاند. یوسف و همکاران - 2016 - به تحلیل عدم قطعیت پیشبینی جریان با استفاده از دو الگوریتم SUFI-2 و GLUE و معرفی مدل SWAT در یک حوزه استوایی پرداختند.
نتایج این بررسی نشان داد که مدل مذکور، با توجه به مقدار بسیار بالای ضرایب تعیین حاصل برای هر دو الگوریتم، میتواند مقدار جریان ماهانه را در حوزه مورد مطالعه شبیه سازی کند. همچنین سلیمی و همکاران - 2015 - رواناب حوزه شفارود را با استفاده از مدل SWAT شبیه سازی کردند.
نتایج بررسی آنها نشان داد که با توجه به توابع هدف R2 =0.82 - و - NE=0.74، خروجی حاصل از مدل قابل قبول بوده و مدل مورد بررسی پتانسیل کافی را برای شبیه سازی جریان دارد.
سانجیا و همکاران - 2014 - جهت شناخت پارامترهای مهم مؤثر بر هیدروگراف حاصل از پنج حوضه آبخیز در کلرادو امریکا، از مدل نیمه توزیعی SWAT و آنالیز حساسیت فراگیر استفاده کردند. نتایج نشان داد که حجم جریان عمدتاً تحت تاثیر فرآیندهای زیر سطحی کم عمق قرار میگیرد، درحالی که واکنش بین آبهای زیرزمینی و فرایندهای برف، عوامل اصلی زمان جریان بودند.
کاویان و همکاران - 1393 - ، تاثیر مقیاس حوضه آبخیز بر عملکرد مدل SWAT را در دو ایستگاه از حوزه آبخیز هراز، ارزیابی کردند. نتایج کلی نشان داد که این مدل در مناطق دشتی با مساحت بیشتر و ارتفاع کمتر نسبت به مناطق کوهستانی از دقت بیشتر و کارایی بهتری برخوردار است.
مدلهای تجاری و متن باز1 زیادی برای شبیهسازی هیدرولوژیکی حوضه قابل دسترس بوده که در چارچوب ها، پیش فرضها و محدودیتهای مختلفی ارائه شدهاند، لذا برای کاربرد آن در یک حوضه آبخیز خاص باید دقت شود. ازآنجایی که یک مدل هیدرولوژیکی فیزیکی قادر به شبیهسازی بسیاری از فرآیندهای کلیدی هیدرولوژیکی در مقیاس حوضه میباشد، لذا مدل Arnold - SWAT، - 1998، که بهطور گسترده برای ارزیابی مدیریت منابع آب - بیش از 600 مقاله در دودهه گذشته در مجلات علمی معتبر - بکار برده شده است Gassman - ، - 2014، در این تحقیق استفاده شد.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه
حوزهآبخیز گرگانرود یکی از سه حوضه اصلی در استان گلستان است که در جنوب شرقی دریای خزر قرار دارد و در دستهبندی کلی هیدرولوژی ایران، بخشی از حوضهآبریز دریای خزر میباشد. در این مطالعه، ایستگاه هیدرومتری قزاقلی با مساحت تحت پوشش 7072 کیلومتر مربع بهعنوان ایستگاه مبنا برای شبیه سازی بارش- رواناب انتخاب گردید. ارتفاع این حوضه از 2889 متر در مناطق کوهستانی تا حداقل ارتفاع 30 متر در خروجی حوضه مورد مطالعه متغییر میباشد - شکل . - 1
میانگین سالانه دما در حدود 16درجه سانتیگراد و متوسط بارش سالانه حوضه از 184 میلیمتر در شرق حوزه تا 866 میلیمتر در غرب حوضه تغییر میکند. عمده کاربری اراضی در حوضه مذکور کاربریهای مرتع -بوته زار و مخلوط جنگل های سوزنی برگ - پهن برگ به ترتیب با 35/08 و 27/01 درصد میباشد.
شکل .1 موقعیت جغرافیایی حوضه آبخیز مورد مطالعه
مدل هیدرولوژیکی SWAT و اجرای آن
مدل هیدرولوژیکی SWAT در سال 1995 توسط وزارت کشاورزی آمریکا با حمایت گروه تحقیقاتی دانشگاه A&M تگزاس توسعه یافت. مدل SWAT متعلق به مدلهای هیدرولوژیک نیمه توزیعی، فیزیکی و پیوسته است که برای شبیهسازی فرایندهای متعدد هیدرولوژیکی مانند آب و هوا، تولید رواناب، فرسایش و رسوب و کیفیت آب، مدیریت کشاورزی و آلودگی در حوضههای آبخیز پیچیده و وسیع کاربرد دارد.
