بخشی از مقاله
چکیده
مدیریت صحیح حوضههای آبخیز از مهمترین روشهای استفاده بهینه از منابع آب و خاک به شمار میآید. ارزیابی قابلیتها و کارایی مدلهای هیدرولوژیک برای مناطقی با شرایط متنوع خاک و توپوگرافی با کاربری اراضی متفاوت، به عنوان ابزارهایی برای مدیریت منابع آب، امری ضروری است. در این مطالعه کاربرد مدل SWAT2012 در شبیه سازی رواناب حوضه ابهررود به مساحت 1900 کیلومتر مربع مورد بررسی قرار گرفته است.
این مدل قابلیت اتصال به سامانه اطلاعات جغرافیایی - - GIS را دارا بوده و کارآمدی مناسبی در شبیهسازی رفتارهای هیدرولوژیکی و مدیریت حوضههای آبریز را داراست. همچنین از الگوریتم SUFI2 در بسته نرمافزاری SWAT-CUP برای واسنجی و اعتبار سنجی بر اساس دبی ماهانه رودخانه و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT استفاده شده است. ضریب نش-ساتکلیف - - NS بعد از واسنجی 0/7 و R2، 0/72 و در مرحله اعتبارسنجی 0/5و R2 ،0/54 بدست آمد که نشان دهنده دقت قابل قبول مدل SWAT میباشد. بر اساس نتایج بدست آمده میزان رواناب خروجی حوضه به دلیل خشکسالیهای اخیر در طی 9 سال گذشته به میزان 62/66 درصد کاهش یافته است.
-1 مقدمه
در ایران که به طور معمول با خشکسالیهای متوالی و چندین ساله روبهرو میشود، مدیریت آب یکی از چالش های دستاندرکاران منابع آب در بخشهای دولتی و خصوصی میباشد و بایستی در جهت حفاظت و بهرهبرداری پایدار از آن، تلاش بیوقفه صورت گیرد. برآورد رواناب حاصل از بارشهای جوی، پایه و مبنای مطالعات بسیاری از طرحهای مختلف توسعه و بهرهبرداری از منابع آب را تشکیل میدهد. درک و فهم توزیع زمانی و مکانی تولید رواناب در سطح یک حوضه آبخیز امری بسیار مهم است، لذا استفاده از روشهای دقیق و کم هزینه جهت برنامهریزی و مدیریت صحیح آنها به منظور برآورد پیامدها، خسارات و ارائه راهکارهای مناسب جهت کاهش این خسارت امری ضروری است.
اولین گام در این خصوص، شناخت دقیق وضعیت هیدرولوژیکی و فیزیکی منطقه است - . - Mishra et al 2007 با پیشرفت و گسترش علم هیدرولوژی دانشمندان این علم بر این باورند که اثرات متقابل فرآیندهای هیدرولوژیکی به کمک مدلسازی پیوسته و فیزیکی قابل تجزیه و تحلیل و بررسی است. اگرچه پیشنیاز این گونه مدلها اطلاعات کامل و دقیقی از خصوصیات خاک، وضعیت کاربری اراضی و اطلاعات هیدروکلیماتولوژی منطقه است، لیکن خروجیهای مطلوبی از کمیت و کیفیت مولفههای جریان را به همراه دارد - مجید حسینی و همکاران . - 1392 مدلهای هیدرولوژی نمایش ساده شدهای از سیستم هیدرولوژی واقعی هستند که به مطالعه درباره کارکرد حوضه در واکنش به ورودی های گوناگون و فهم بهتر از فرآیندهای هیدرولوژی کمک می نماید.
یکی از مزایای مدلهای هیدرولوژیکی که امروزه به طور گستردهای توسعه یافتهاند، درک بهتر عوامل موثر در فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضههای آبریز است. شبیهسازی بهتر فرآیندهای هیدرولوژیکی مستلزم این است که دادههای ورودی مدلهای هیدرولوژیکی بتوانند به خوبی شرایط واقعی حوضه آبریز را بیان کنند. این امر ضرورت استفاده از مدلهایی که برخی از پارامترهای خود را با پردازش لایههای اطلاعاتی GIS بدست میآورند روشن می نماید - سروری و همکاران . - 1391 مدلSWAT برای شبیهسازی فرآیندهای هیدرولوژیکی در حوضههای آبخیز پیچیده و وسیع با توجه به تغییرات خاک، کاربری اراضی و شرایط آب و هوایی مختلف در دوره های طولانی مدت کاربرد دارد.
این مدل از نظر محاسباتی کارآمدی مناسبی دارد و دارای قابلیت اتصال به سیستم GIS میباشد و با دریافت داده های ورودی نظیر هواشناسی، توپوگرافی، کاربری اراضی و خاک به صورت لایههای اطلاعاتی، فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضه را بصورت پیوسته شبیهسازی مینماید - باستانی اله آبادی و همکاران. - 1391 واتسون و همکاران - - 2003، با استففاده از مدل SWAT بیلان آب را برای آبخیزی در کشور سوئد بررسی نمودند و نتیجه گرفتند از مجموع بارش 39 درصد نفوذ به سفرههای آب زیرزمینی، 3/43 درصد رواناب سطحی و 4/8 درصد و 9/8 درصد نیز به ترتیب تبخیر و تعرق و آب باقی مانده در خاک را شامل میشود. شول و همکاران - - 2008، از مدل SWAT به منظور تخمینهای آبی در آفریقا در سطح زیرحوضه و با دقت زمانی ماهانه استفاده نمودند.
به طور کلی نتایج خوب و در تعدادی از موارد عدم قطعیت پیشبینیها زیاد بود. یان و همکاران - - 2010 عمق آب زیرزمینی منطقه تاگزو واقع در شهر پکن را با استفاده از مدل SWAT و تحت چند سناریوی تغییر کاربری اراضی و اصلاح مدیریت آبیاری منطقه شبیهسازی نمودند. با توجه به نتایج بدست آمده تغییر کاربری اراضی از زراعت گندم، ذرت و غیره، به باغ و جنگلهای اقتصادی به طور موثری میتواند میزان آبهای زیرزمینی مورد استفاده برای آبیاری را کاهش دهد. زیانهونگ و همکاران - - 2011، مدل SWAT را به منظور مدلسازی فرآیندهای هیدرولوژیکی در مناطق شالیکاری زهنگهی چین توسعه دادند. فرآیند تبخیر و تعرق در مزارع براساس شرایط ذخیرهسازی آب شبیهسازی شد و یک برنامه آبیاری کنترل شده به منظور مدیریت عملیات آبیاری و زهکشی معرفی گردید.
برآورد عملکرد برنج و بیلان آب در مزارع نشان داد که مدل توسعه یافته SWAT قادر به شبیهسازی فرآیندهای هیدرولوژیکی میباشد. پاناگوپولاز و همکاران - - 2014، با استفاده از مدل SWAT کارآمدی شش شیوه مدیریتی به منظور کاهش تلفات آبیاری در حوضه پاینیوز در مرکز یونان که دچار کمبود آب است را بررسی نمودند و توانستند میزان اثربخشی هریک از شیوههای مدیریتی را محاسبه کنند. اخوان و همکاران - - 1389، از مدل SWAT و نیز از روش تحلیل عدم قطعیت SUFI2 به طور موفقیت آمیزی برای شبیهسازی رواناب و تخمین مقدار مولفههای منابع آب - آب آبی، جریان آب سبز و ذخیره آب سبز - حوضه آبریز همدان-بهار استفاده نمودند.
این مطالعه اطلاعات مفیدی را در مورد وضعیت واقعی منابع آب موجود فراهم نموده و به تشخیص مناطق مهم به منظور تحلیلهای دقیقتر برای پروژههای مدیریت منابع آب موجود فراهم نموده است. سلحشور و همکاران - - 1391، با استفاده از مدل SWAT بیلان آب حوضه آبخیز بالخلوچای اردبیل را شبیهسازی نموده و نتایج مربوط به بیلان آب شامل رواناب، آب زیرزمینی و تبخیر - تعرق استخراج شده با نتایج حاصل از مطالعات شرکت آب منطقهای اردبیل مقایسه نمودند. نتایج بدست آمده از دقت قابل قبولی برخوردار بود. گودرزی و همکاران - - 1391، عملکرد سه مدل هیدرولوژیکی SWAT، IHACRES و SIMHYD در شبیهسازی رواناب حوضه قرهسو مورد ارزیابی و مقایسه قرار دادند.
از جمله معیارهای ارزیابی این مطالعه ضریب NS، R2 و یک معیار خطا - RMSE - بود. شبیهسازی نشان داد SWAT با ضریب نش 0/8 - NS - و معیار خطای 1/2 و SIMHYD با ضریب نش 0/68 و معیار خطای 1/5 به ترتیب بیشترین و کمترین کارایی را در دوره واسنجی داشتند. همچنین نتایج نشان داد که مدل SWAT بهترین عملکرد را در شبیهسازی رواناب حوضه نسبت به دادههای مشاهداتی داشته است. عثمانی و همکاران - 1392 - ، مولفههای بیلان آبی حوزه آبخیز بالادست سد لتیان تهران را با استفاده از مدل SWAT برآورد نمودند.
شبیهسازی مولفههای بیلان آبی نشان دهنده سهم کم جریان آب زیرزمینی در جریان آبراهه اصلی و نتایج شبیهسازی دبی در ایستگاه رودک در خروجی حوضه بیانگر عملکرد نسبتا ضعیف مدل در برآورد دبی های پیک میباشد. در این مطالعه کاربرد مدل SWAT2012 در شبیهسازی رواناب حوضه ابهررود به مساحت 1900 کیلومتر مربع مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل قابلیت اتصال به سامانه اطلاعات جغرافیایی - - GIS را دارا بوده و کارآمدی مناسبی در شبیهسازی رفتارهای هیدرولوژیکی و مدیریت حوضههای آبریز را داراست. همچنین از الگوریتم SUFI2 در بسته نرمافزاری SWAT-CUP برای واسنجی و اعتبار سنجی بر اساس دبی ماهانه رودخانه و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT استفاده شده است.
-2 مواد و روشها
-1-2 مشخصات حوضه مورد مطالعه
منطقه مطالعاتی حوضه سراب رودخانه ابهررود از سرچشمه تا ایستگاه هیدرومتری قروه با مساحتی در حدود 1900 کیلومتر مربع میباشد. ابهررود یکی از رودخانههای حوضه دریاچه نمک میباشد که در شهرستان زنجان قرار دارد و یکی از سه رودخانه مهم استان زنجان میباشد. این رودخانه از جبهه شرقی چمن سلطانیه و کوههای جهانداغ در غرب ابهر سرچشمه گرفته و با دریافت شاخههایی از رودخانههای کوچک محلی به طرف شرق و جنوب شرقی چمن سلطانیه جاری میشود و با گذر از سلطانیه و صائینقلعه وارد شهرهای خرمدره و ابهر شده و پس از دریافت آب خررود در منطقه ضیاءآباد تاکستان در جنوب شرقی به دریاچه حوض سلطان در قم سرازیر میشود. این رودخانه نیز همانند زنجانچای رونق باغداری و کشاورزی حوضه ابهر را فراهم آورده است. در شکل - 1 - موقعیت قرارگیری حوضه رودخانه ابهررود نسبت به استان زنجان و کشور ایران نشان داده شده است.
-2-2 مدل SWAT و :SWAT-CUP
مدل SWAT یک مدل مفهومی-نیمهتوزیعی در مقیاس حوضهای است که دارای بازده محاسباتی بالا میباشد. این مدل یک مدل پیوسته زمانی است که در گام های زمانی ساعتی، روزانه و یا طولانی مدتتر اجرا میشود. مدل با تقسیم کردن یک حوضه به تعداد زیادی زیرحوضه جزئیات مکانی را شبیهسازی می نماید. بخش اصلی مدل شامل هیدرولوژی، اقلیم، فرسایش، رشد گیاهان، عناصر غذایی، آفتکش ها، مدیریت ارضی و روند یابی جریان میباشد.
