بخشی از مقاله
چکیده :
حیات بشر، شاهد حوادث مختلف هیدرولوژیکی نظیر سیل، کمبود آب و خشکسالی، آلودگی های کیفی آب ، وقوع بهمن و غیره بوده است. که دامنه خطر آنها تابع رفتار متغیرهای هیدرولوژیکی و خصوصیات حوزه های آبخیز است. در این رابطه مدل هایی هستند که قادرند رفتار و خصوصیات حوضه راتقلید نموده و مقادیر رواناب و سایر مولفه های بیلان حوزه را برآورد و یا شبیهسازی نمایند.
یکی از مدل های هیدرولوژیکی مهم، مدل ارزیابی آب و خاک - ARC SWAT - است که یکی از الحاقیه های نصب شده بر روی نرم افزار ARC GIS می باشد. در تحقیق حاضر، شبیه سازی رواناب در بخشی از حوضه زرینه رود، با استفاده از این مدل و بر اساس داده های جمع آوری شده به صورت ماهانه انجام شد. واسنجی و اعتبار سنجی مدل با استفاده از برنامه SUFI2 به ترتیب برای سالهای 1988 تا 2001 و 2002 تا 2007 صورت پذیرفت. دقت شبیه سازی با استفاده از شاخص ارزیابی ناش؛ساتکلیف در مرحله واسنجی و اعتبار سنجی برای دبی ماهانه به ترتیب 0.79 و 0.79 بدست آمد که کارایی مدل ARCSWATرا در برآورد رواناب با مطلوبیت نسبتاً خوبی نشان میدهد. ×
-1 مقدمه
ایران سرزمینی است که، هرساله شاهد خسارات جبران ناپذیری ناشی از عدم کنترل آب های سطحی در بخش هایی از کشور می باشد. رواناب ناشی از بارندگی در حوضه های آبخیز، علاوه بر خسارات جانی و مالی ناشی از سیل، باعث فرسایش و از بین رفتن خاک حاصلخیز سطحی شده و رسوب گذاری در مسیل ها، رودخانهها و مخازن سدها را به دنبال دارد. به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از سیل روش های سازه ای و غیر سازه ای وجود دارد، که در اکثر کشورها، روش های سازه ای کنترل سیل به تنهایی جوابگوی مسائل و مشکلات سیل نبودهاند و به عبارتی دور کردن سیل از مردم به علت وقوع سیلاب های بزرگ راه گشا نشده است.
در همین راستا برای شبیهسازی فرآیند رواناب و برآورد سیلاب، مدلهای مختلفی توسعه یافته است. این مدل ها باید بتوانند حجم وسیعی از دادهها ازجمله: دادههای بارش، توپوگرافی، مرزهای حوضه، خصوصیات خاک و لایه های زیرسطحی، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، دستگاههای انتقال رواناب، سازه های مدیریتی موجود، داده های کیفی آب و سطح آب زیرزمینی را در شبیه سازی به کار برد.
با استفاده از نتایج این مدل سازی ها می توان حرکت آب های سطحی و زیرسطحی را کنترل نمود. بنابراین استفاده از مدلی با جامعیت لازم در شبیه سازی حوضه از اهمیت بالایی برخوردار است. این امر منجر به توسعه تعداد زیادی مدل های یکپارچه، نیمه توزیعی و توزیعی توسط محققان مختلف شده است
چالش بزرگ همه این مدل ها تولید هیدروگراف در حوضه های فاقد آمار است که مدل را به شدت به دقت اطلاعات برداشت شده از حوضه وابسته مینماید. مدل استفادهشده در این پژوهش، مدل - Soil and Water Assessment Tool - SWAT میباشد که برای اولین بار در سال 1990 توسط دکتر جف آرنولد در سرویس تحقیقات کشاورزی آمریکا طراحی و پایه گذاری شد
مدل SWAT یکی از پرکاربردترین مدل های هیدرولوژیکی برای شبیه سازی در حوضه های آبریز پیچیده و وسیع با توجه به تغییرات خاک، کاربری اراضی و شرایط آب وهوایی در دوره های طولانی است.. قابل ذکر است این مدل امکان شبیه سازی داده های خروجی هیدرومتریک را برای مدت طولانی فراهم میسازد که ازنظر آماری اهمیت فراوان اقتصادی دارد. این مدل دارای یک الحاقیه تحت نرمافزارARCGIS به نامARC SWAT میباشد علت استفاده از این مدل خاص که مشخصات آن ارائه شده است، اهمیت بسیار زیاد پارامترهای فیزیوگرافی در ساختار مدل و لذا اطمینان به امکان مقایسه بهتر منابع مختلف رقومی ارتفاعی به عنوان داده ورودی بر عملکرد مدل می باشد. ازآنجاکه اندازهگیری مستقیم بسیاری از پارامترها در مقیاس حوضه ای مشکل است و یا حتی امکان پذیر نمی باشد، لازم است مدل برای حوضه موردنظر واسنجی گردد. در این مطالعه از برنامه SUFI-2 برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT استفاده شد.در زمینه شبیه سازی و بررسی کارایی مدل SWAT تحقیقات زیادی انجامشده است که بهعنوان نمونه به چند مورداشاره میشود.
شفرد و همکاران - - 1999 توانایی مدل SWAT را در شبیهسازی شرایط هیدرولوژیکی و کیفیت آب در یک حوضه کشاورزی در ناحیه ای از مریلند موردبررسی قراردادند. آن ها بزرگ مقیاس بودن، توزیعی بودن و هماهنگ بودن مدل با سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - را مزیتهای این مدل معرفی کردند.
عباسپور و همکاران - 2007 - از مدل SWAT برای شبیه سازی تمام فرآیندهای مؤثر بر کیفیت آب، رسوب و چرخه عناصر غذایی حوضه رودخانه تور، در شمال شرقی سوئیس با مساحتی حدود 1700 کیلومترمربع، استفاده کردند. این مطالعه نتایج بسیار خوبی برای شبیهسازی رواناب و نیترات و نتایج نسبتاً خوبی برای شبیه سازی دو هفته یکبار غلظت رسوب و کل فسفر داشت - مدل توانست هیدرو گراف های رواناب و نیترات را بهخوبی شبیهسازی کند ولی در مورد رسوب تا حدودی ضعیف عمل کرد - .
شول و همکاران - 2008 - در راستای طرح محاسبه توزیع زمانی و مکانی مقدار آب قابلدسترس جهانی، از مدل SWAT برای تخمین کل آب قابلاستفاده غرب آفریقا در سطح چهار میلیون کیلومترمربع استفاده کردند.
محققین یادشده علت استفاده از مدل SWAT را توانایی مدل در شبیه سازی بیلان هیدرولوژی به صورت ساده و واقع بینانه معرفی کردند؛ و همچنین اهمیت پارامترهای ورودی به مدل را جهت اطمینان از خروجی شبیه سازی را ضروری دانستند.رواناب ایجادشده در یک حوضه از مهم ترین موضوعات در مطالعات هیدرولوژیکی منطقه است، زیرا اکثر فرآیندهای هیدرولوژیکی به طور مستقیم و یا غیرمستقیم با آن در ارتباط هستند و به نوعی از آن متأثر میشوند؛ بنابراین با توجه به اهمیت موضوع و با هدف کمک به مدیریت بهتر منابع آب منطقه، در این پژوهش مدل هیدرولوژیکی بخشی از حوضه زرینهرود به کمک مدل نیمه توزیعی ARCSWAT در محیط GIS تهیه شد که روند مدل سازی، نتایج شبیه سازی، آنالیز حساسیت پارامترها، واسنجی و اعتبار سنجی دبی ماهانه و بررسی تأثیر منابع ارتفاع مختلف بر رواناب حوضه، در این مقاله ارائه میشود.
-2مواد و روشها
-1-2منطقه مورد پژوهش
حوضه آبریز رودخانه زرینه رود در شمال غرب کشور واقعشده و یکی از مهمترین زیر حوضههای موجود در حوضه دریاچه ارومیه میباشد که در محدودهای بین عرض ΄40 ˚35 تا ΄ 37 ˚38و طول جغرافیایی ΄46˚45 تا ΄23 ˚47 قرار دارد. رودخانه زرینه رود آبراهه اصلی این حوضه است که توسط سد زرینهرود کنترل میشود. وسعت حوضه آبریز موردبررسی 224510/7 کیلومترمربع میباشد.
شکل .1 نقشه توپوگرافی حوضه آبریز موردمطالعه
-2-2معرفی مدل SWAT
مدلSWAT مدلی در مقیاس پیشبینی تأثیر روشهای مختلف مدیریت اراضی بر مقادیر آب، رسوب و مواد شیمیایی و کشاورزی در سطح حوضه های آبریز پیچیده و بزرگ با خاک، کاربری اراضی و شرایط مختلف مدیریتی در درازمدت طراحی شده است. برای رسیدن به این اهداف مدل SWAT، مدلی است که بهجای ضمیمه کردن روابط رگرسیونی برای تشریح روابط بین متغیرهای ورودی و خروجی، این مدل نیازمند اطلاعاتی در مورد آبوهوا، مشخصات خاک، توپوگرافی، پوشش گیاهی و روش های مدیریت و کاربری اراضی در سطح حوضه می باشد. فرآیندهای فیزیکی مرتبط با حرکت آب، حرکت رسوبات، رشد گیاه، چرخه مواد مغذی و... در این مدل به طور مستقیم از روی پارامترهای ورودی شبیه سازی می شوند.
برای اهداف شبیه سازی در این مدل، یک حوضه به تعدادی زیر حوضه و زیر حوضهها به تعدادی واحدهای کوچک تر - واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی، - HRU تقسیم میشوند.که از ترکیب نقشههای طبقات شیب، کاربری اراضی و خاک حاصل می شود. واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی HRU - ها - ، اراضی یکپارچه ای هستند که دارای ترکیباتی یکسانی از پوشش، خاک و مدیریت می باشند. [8] بر این اساس، باید SWAT را یک مدل نیمه توزیعی به شمار آورد. ازنظر زمانی نیز فرآیندهای مختلف بیان شده را میتوان در مقیاس زمانی روزانه، ماهانه و یا سالانه شبیه سازی کرد.
