بخشی از مقاله
مقدمه
به منظور انجام برنامهریزیهای بلندمدت منابع آب وخاک، برآورد حجم رواناب ورودی به منطقه از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. یکی از روشهای نوین برآورد رواناب استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی میباشد. مدل-های هیدرولوژیکی که امروزه به طور گستردهای توسعه یافتهاند، باعث درک بهتر عوامل موثر در فرآیندهای هیدرولوژیکی حوضههای آبریز میشوند. شبیهسازی بهتر فرآیندهای هیدرولوژیکی مستلزم این است که داده-های ورودی مدل هیدرولوژیکی بتوانند به خوبی شرایط واقعی حوضه آبریز را بیان کنند. - علوی نیا و نصیری صالح، . - 1389 مدل SWAT که در این تحقیق از آن برای برآورد رواناب استفاده شده است به دلیل جامع بودن و در نظر گرفتن بسیاری از پارامترهای عموما هیدرولوژیکی و همچنین آسان بودن کار با آن مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است.
وجود پارامترهای زیاد در مدل باعث شده که واسنجی مدل، که یکی از اساسیترین مراحل در مدلسازی میباشد، به طور دستی، به کاری مشکل، زمانگیر و تا حدود زیاد وابسته به تجربه شخص تبدیل شود - شول و عباسپور، . - 2006 همچنین اندازهگیری مستقیم برخی از پارامترهای ورودی مدل به طور دقیق دشوار، وقتگیر و با کارایی کم میباشد. برای حل این مشکل مدلسازی معکوس در سالهای اخیر تبدیل به روشی رایج و پر طرفدار در انجام واسنجی مدلها شده است - دان و همکاران، . - 2003 در این روش با درک فیزیک حاکم بر مساله و نیز خطای پیشبینی مدل - تفاوت بین مقادیر پیشبینی و اندازهگیری شده - مقدار بهینه پارامترها که باعث حداقل خطای پیشبینی مدل شوند، تعیین میگردند. در این تحقیق برای واسنجی مدل و انجام آنالیز عدم قطعیت نتایج مدل از نرم افزار SWAT CUP و الگوریتم SUFI2 استفاده شد.هدف از این تحقیق کاربرد مدل SWAT برای شبیهسازی رواناب ماهانه حوضه رود زرد میباشد.
معرفی مدل SWAT
SWAT یک مدل زمان پیوسته است که براساس روابط فیزیکی تهیه شده و یک ابزار مناسب برای شبیهسازی فرایندهای هیدرولوژیکی، کیفیت آب، فرسایش خاک و مدیریت مرتع میباشد - فیکلین و همکاران،. - 2010 این مدل مدلی فیزیکی است و به جای آنکه از معادلات رگرسیونی جهت توصیف رابطه بین متغیرهای ورودی و خروجی استفاده نماید، اطلاعات ویژهای راجع به هوا، خاک، توپوگرافی، پوشش گیاهی و پوشش اراضی در حوضه آبریز دریافت میکند. مدل SWAT حوزه را به چندین زیر حوزه و زیر حوزهها را به بخشهای پاسخ هیدرولوژیکی تقسیم میکند. بخشهای پاسخ هیدرولوژیکی کوچکترین واحد کاری در این مدل میباشند که از ترکیب نقشههای طبقات شیب، کاربری اراضی و خاک حاصل میشوند.
مدل، اجزا هیدرولوژیکی مثل رواناب سطحی، جریان پایه، تبخیر و تعرق و تغییر رطوبت خاک را برای هر بخش پاسخ هیدرولوژیکی تخمین میزند.تقسیم حوزه آبخیز به اجزاء کوچکتر - زیرحوزه وبخشهای پاسخ هیدرولوژیکی - این امکان را فراهم میسازد که تغییرات و تفاوتها در میزان تبخیر و تعرق برای هر خاک و هر گیاه، مشخص و قابل انعکاس باشد. از سوی دیگر مقدار رواناب ابتدا برای هر بخش پاسخ هیدرولوژیکی به صورت جداگانه محاسبه و سپس میزان رواناب برای کل حوزه آبخیز تعیین میشود که این امر این امکان را فراهم میسازد تا تفسیری بهتر از فرایندهای فیزیکی رخ داده در حوزه آبخیز بدست آید.
رواناب سطحی
رواناب سطحی یا جریان روی سطح عبارت است از جاری شدن آب بر روی یک سطح شیبدار و زمانی ایجاد میشود که میزان ورود آب به سطح زمین بیشتر از سرعت نفوذ آن به داخل خاک باشد. در مدل SWAT دو روش شماره منحنی و معادله نفوذ گرین-آمپت برای برآورد رواناب سطحی پیشنهاد شده است.ورودیهای مدل شامل نقشه مدل ارتفاعی رقومی، نقشه کاربری اراضی و نقشه خاک میباشد که هر سه باید در قالب رستری به مدل معرفی شوند. متغیرهای دیگر شامل مقادیر روزانه بارش، درجه حرارت حداقل و حداکثر روزانه مربوط به ایستگاههای داخل و خارج حوضه به همراه موقعیتهای جغرافیایی آنها میباشد. سایر اطلاعات هواشناسی مورد نیاز عبارتند از: تابش، سرعت باد و رطوبت نسبی که در این تحقیق توسط مدل شبیهسازی می-شوند. ون لیو و گاربرچ - 2003 - توانایی مدل SWAT در شبیهسازی دبی روخانه را ارزیابی کردند و نتیجه گرفتند مدل قادر است دبی را با دقت قابل قبولی شبیهسازی کند.
روش کار
منطقه مورد مطالعه زیر حوزه رودزرد از حوزه مارون میباشد. حوضه آبریز رودزرد مساحتی بالغ بر 875 کیلومترمربع دارد و ازجنوب به شهرستان رامهرمز و از شمال به شهرستان ایذه منتهی میگردد. منطقه مورد نظر به دلیل سازندهای زمینشناسی حساس، رسوبخیزی بالایی دارد که در مدیریت حوزه موثر میباشد. همچنین با توجه به احداث سد در این حوزه، لازم است که میزان رواناب برای آینده مدنظر قرار گیرد. برآورد صحیح رواناب ممکن است سطح زیر کشت شبکههای آبیاری رامهرمز را که دردست اجراء میباشد کاهش و یا افزایش دهد که این مهم در میزان توسعه کشاورزی و اقتصادی منطقه بسیار تأثیرگذار است.
همچنین یکی از مهمترین مصارف آب رودخانه رودزرد استفاده آن جهت کشاورزی و شرب میباشد . این زیر حوزه شامل 5 ایستگاه داخلی - بارانگرد، ماشین، دلی بختیار، باغملک و مال آقا - و دو ایستگاه خارجی - ایذه و رامهرمز - میباشد که دادههای اقلیمی این ایستگاهها از سازمان آب وبرق و هواشناسی استان خوزستان و نقشههای موردنیاز از سازمان آب و برق استان خوزستان و سازمان نقشهبرداری استان خوزستان تهیه شد. به منظور شبیهسازی رواناب حوزه از کل دوره آماری 15 سال - - 1995-2009، سالهای 1997-2003 برای واسنجی و 2004-2009 برای اعتبار سنجی در دو خروجی حوزه - ماشین و پل منجنیق - مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج و بحث
نتایج حاصل از اعتبار سنجی و واسنجی مدل به صورت ماهانه در جدول 1 آورده شده است.R2* نشان میدهد که خط رگرسیون بین مقادیر شبیهسازی شده و اندازهگیری شده تا چه میزان به بیشترین مقدار هماهنگی بین این دو سری نزدیک است و از صفر تا 1 تغییر میکند.NS* نشان میدهد که خط رگرسیون بین مقادیر شبیهسازی و اندازهگیری شده تا چه مقدار به خط رگرسیون با شیب 1 نزدیک است.بالا بودن مقدار ضریب تعیین - R2 - و ناش سایتکلیف - NS - دلیل موفقیت مدل درشبیهسازی جریان ماهانه حوضه رودزرد با استفاده از پارامترهای بهینه شده میباشد. نتایج این مقاله نشان میدهد که مدل SWAT توانایی شبیهسازی هیدروگراف حوزه را دارد. نمودارهای 1تا 4 زیر رابطهی مناسب بین دادههای مشاهداتی و شبیهسازی شده را نشان میدهند.
