بخشی از مقاله
چکیده
دادههای اقلیمی، بخش مهمی از اطلاعات ورودی در شبیهسازی هیدرولوژیکی حوضههای آبریز هستند. در این پژوهش، تأثیر دادههای اقلیمی NCEP CFSR و ایستگاههای هواشناسی در قالب دو سناریو، در شبیهسازی دبی جریان در ایستگاه هیدرومتری پلآستانه در بندرکیاشهر استان گیلان با استفاده از مدل SWAT بررسی شد. در سناریوی الف، از دادههای اقلیمی NCEP CFSR در سالهای 1358-1393 به عنوان ورودی مدل SWAT استفاده شد.
در سناریوی ب، علاوه بر اطلاعات اقلیمی یاد شده، دادههای روزانه ایستگاههای سینوپتیک لاهیجان و بندر کیاشهر و ایستگاههای بارانسنجی دستک، نورودبالا، پلآستانه، خشکبیجار، زیباکنار، کوچصفهان و چاف در محدوده سالهای 1380- 1393 به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که براساس شاخصهای آماری، مدل SWAT در شبیهسازی دبی ایستگاه پلآستانه با استفاده از دادههای اقلیمی NCEP CFSR و ایستگاههای هواشناسی - سناریوی ب - همواره بهتر از سناریوی الف عمل نمود.
مقدمه
فرآیند مدیریت و برنامهریزی حوضه آبریز، نیازمند اطلاعات جامع فیزیوگرافی، هیدرولوژیکی و هواشناسی حوضه با هدف انتخاب بهترین گزینههای مدیریتی است . - Akhavan et al., 2010 - در بسیاری از مطالعات مدیریت منابع آب، با فرض کافی بودن اطلاعات هواشناسی، عمدتا نوع کاربری اراضی و دقت مکانی و زمانی نقشهها، مورد توجه قرار گرفته است - رمضانی و همکاران، . - 1391 امروزه به دلیل اهمیت دادههای هواشناسی به ویژه بارندگی، مجموعهدادههای متعددی در جهان توسعه یافتهاند که CRU1 با دقت مکانی 0/5 ×0/5، GPCC2 با دقت مکانی 1 ×1، TRMM3 با دقت مکانی 1 ×1 و NCEP-24 با دقت مکانی 2/5 ×2/5 از مهمترین این پایگاههای داده محسوب میشوند
به منظور، درک بهتر عوامل موثر در فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضههای آبریز و پردازش هدفمند حجم زیاد اطلاعات در گامهای مکانی و زمانی بزرگ، مدلهای مختلفی در مقیاس حوضهای ارائه شدهاند . - Besalatpour et al., 2012 - در میان مدلهای ارائه شده، مدل SWAT5 به علت جامعیت و لحاظ نمودن پارامترهای مختلف، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است
بورا و برا - 2003 - ، پس از مقایسه مدل SWAT با مدلهای AGNPS6، AnnAGNPS7، DWSM8، HSPF9 و MIKE SHE نتیجه گرفتند که این مدل در مقیاس حوضه ای، توانایی شبیهسازی مناسبی دارد. مطالعات بسیاری، با واسنجی مدل SWAT برای حوضههای مختلف نشان دادند که مدل SWAT مدل حوضهای مناسبی برای شبیهسازی درازمدت اهداف اقلیمی است
نتایج کاربرد مدل SWAT در فصل خشک حوضه آبریزی واقع در شمال غرب جاماییکا، توانست این مدل را به عنوان یک ابزار با دقت مناسب به منظور هماهنگسازی مدیریت آب حوضه آبریز و مناطق ساحلی معرفی نماید
شول و عباسپور - 2007 - با استفاده از دادههای اقلیمی جهانی CRU مدل SWAT را با دقت مطلوبی برای مناطقی در افریقا اجرا کردند. حاجحسینی و همکاران - 1393 - ، به دلیل کمبود اطلاعات اقلیمی در حوضه بالادست رودخانه هیرمند، شبیهسازی رواناب ایستگاه هیدرومتری دهرآوود را در مدل SWAT و بر اساس اطلاعات اقلیمی NOVA برآورد کردند . در این پژوهش، ضریب NSE1 برای واسنجی و اعتبارسنجی در دوره آماری 1969-1976 توسط مدل SWAT به ترتیب 0/71 و 0/57 بهدست آمد.
رضئی و همکاران - 2011 - از دادههای بارش پایگاههای GPCC و NCEP CFSR2 برای واکاوی خشکسالی در ایران در فاصله سالهای 1951 تا 2005 استفاده کردند. نتایج نشان داد که علیرغم برتری GPCC، هر دو پایگاه، قابلیت مناسبی برای بررسی خشکسالی داشتند.
رمضانی و همکاران - 1391 - با بررسی تمامی ایستگاههای هیدرومتری ایران نشان دادند که استفاده از پایگاه اقلیمی CRU و تعداد بیشتر زیرحوضه موجب افزایش دقت مدل SWAT میشود. دایل و سرینیواسان - - 2013 در حوضه دریاچه تانا در بخشی از حوضه رود نیل با به کارگیری دادههای اقلیمی CFSR چهار ایستگاه، دبی رودخانه را با مدل SWAT شبیهسازی کردند. نتایج نشان داد که شبیهسازی اجزای بیلان آب با استفاده از دادههای ایستگاههای هواشناسی و اقلیمی تفاوت جزئی داشتند.
در این پژوهش، با هدف بررسی تأثیر اطلاعات اقلیمی جهانی بر شبیهسازی دبی جریان در ایستگاه هیدرومتری پلآستانه با استفاده از مدل SWAT، اطلاعات پایگاه NCEP CFSR و دادههای ایستگاههای سینوپتیک و بارانسنجی در قالب دو سناریو بررسی شدند.
مواد و روشها
رودخانه سفیدرود مهمترین منبع تامین آب اراضی شالیزاری استان گیلان است که از طریق شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود در سه زیرشبکه شرقی، مرکزی و فومنات آب را در اراضی شالیزاری گیلان تخصیص میدهد. در این پژوهش، بخشی از زیرشبکه شرقی در شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود برای شبیهسازی دبی ایستگاه هیدرومتری پلآستانه در بندرکیاشهر مورد بررسی قرار گرفت
اطلاعات ورودی مدل SWAT شامل دو بخش اطلاعات هواشناسی و مکانی بود:
-1 اطلاعات هواشناسی: در این پژوهش با توجه به نوع اطلاعات هواشناسی به کار برده شده، دو سناریو تعریف شد:
سناریوی الف: در این بخش از اطلاعات روزانه اقلیمی دما و بارش پایگاه باز تحلیل شده اقلیمی طی سالهای 1358-1393 استفاده شد.
سناریوی ب: در این بخش اطلاعات پایگاه اقلیمی NCEP CFSR با داده های دما و بارش جمع آوری شده از ایستگاه های سینوپتیک بندرکیاشهر، لاهیجان و ایستگاههای بارانسنجی چاف، نورودبالا، کوچصفهان، خشکبیجار، زیباکنار، کیاشهر و دستک در محدوده سالهای 1380-1393 تلفیق شد. اطلاعات هواشناسی از سازمان آب منطقهای و اداره کل هواشناسی استان گیلان جمعآوری شد.
شکل -1 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه و ایستگاههای هواشناسی
-2 اطلاعات مکانی: 5 نقشه شامل نقشههای DEM ، کاربری اراضی، شبکه آبراهه، خصوصیات خاک و شیب زمین از ورودیهای مدل SWAT بود که از شرکت آب منطقهای استان گیلان تهیه شد. در اجرای مدل SWAT با استفاده از نقشه DEM و شبکه آبراهه محدوده مورد مطالعه به تعداد 31 زیرحوضه تقسیمبندی شد. سپس براساس نقشههای کاربری اراضی، خصوصیات خاک و شیب زمین، 642 واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی - HRU1 - در منطقه ساخته شد و با اجرای مدل SWAT دبی ماهانه آب شبیهسازی شد
جهت واسنجی نتایج شبیهسازی دبی جریان به وسیله مدل SWAT از مدل SWAT-CUP و الگوریتم SUFI22 استفاده شد. وانگ و همکاران - 2008 - ، در تحقیق خود SUFI2 را، به دلیل محاسبات منسجم و کمحجم برای ارزیابی مدل SWAT پیشنهاد نمودند.
به منظور واسنجی و اعتبارسنجی مدل، اطلاعات ماهانه دبی آب از ایستگاه هیدرومتری پلآستانه مربوط به سالهای 1380-1393 از شرکت آب منطقهای استان گیلان گردآوری شد . مدل SWAT با استفاده از اطلاعات سال 1380 آماده شد. سپس از دادههای دبی ثبت شده در سالهای 1381-1388 برای واسنجی و 1389-1393 برای اعتبارسنجی استفاده شد.
در روش SUFI2، ضرایب - R-factorبرای کمّیسازی قدرت واسنجی - و P-factor - برای تحلیل عدم قطعیت - محاسبه شدند. از لحاظ تئوری مقادیر عددی P-factor و R-factor به ترتیب در محدوده صفر تا 100 درصد و صفر تا بینهایت قرار میگیرند. برای P-factor مقادیر بزرگتر از 0/5 و برای R-factor مقادیر کمتر از 1 نشانگر مطلوبیت نتایج هستند. جهت سنجش دقت واسنجی و اعتبارسنجی، شاخصهای آماری ضریب تبیین - R2 - و ضریب نشساتکلیف - NSE - به کار گرفته شد
نتایج و بحث
نتایج تحلیلهای آماری واسنجی و اعتبارسنجی دبی جریان در ایستگاه هیدرومتری پلآستانه با استفاده از سناریوهای الف و ب در جدول 1 ارائه شده است. نتایج آماری جدول 1 نشان داد که در سناریوی ب، شبیهسازی دبی جریان توسط مدل SWAT با استفاده از دادههای ایستگاههای هواشناسی و اقلیمی NCEP CFSR در مقایسه با سناریوی الف بهتر بود.
جدول -1 شاخصهای آماری واسنجی و اعتبارسنجی - اعداد داخل پرانتز - دبی جریان در دو سناریو
