بخشی از مقاله
چکیده
به منظور استفاده از مدلسازی هیدرولوژیکی برای ارزیابی سناریوها و مدیریت آبخیزداری، کالیبراسیون و صحتسنجی مدل ضروری است. در مقاله حاضر با استفاده از ابزار ارزیابی آب و خاک - SWAT - حوضه دریاچه ارومیه مدلسازی شده است. هدف از مطالعه بررسی توانایی مدل SWAT در شبیهسازی رواناب است. قرار گرفتن نقطه خروجی در داخل حوضه دریاچه ارومیه و گستردگی کاربری اراضی، تنوع خاک و پوشش گیاهی در منطقه مورد مطالعه و سهم توسعهیافتگی ناهمگون که بر تأسیسات و راندمان آبیاری تأثیر می-گذارد بر پیچیدگی و دشواری کار میافزاید.
رواناب براساس دادههای ماهانه برای بازه زمانی 1361-1380 کالیبره و با توجه به آمار دوره 1381-1385 صحتسنجی میشود. برای مشاهده عملکرد مدل SWAT از شاخصهای آماری Nash-Sutcliffe و ضریب همبستگی - R2 - استفاده شد. مقادیر نهایی کالیبراسیون با وجود به گستردگی حوضه نشان دهنده توانایی مدل SWAT در شبیهسازی حوضه دریاچه ارومیه است.
-1 مقدمه
پیام هسته اصلی اجلاس ریو 20+ بیان ضرورت برنامهریزی برای استفاده پایدار از منابع آب با وجود توسعه سریع استراتژیهای سیاسی و اجتماعی بود 1 - ،2و. - 3 شناخت ارتباط بین آب - کمیت و کیفیت - و کاربری اراضی، مسیر یافتن پایداری را بیان میکند . - 4 - در دهههای اخیر اجماع روبه رشدی در حال شکل گرفتن است که افزایش پایداری طولانیمدت کشاورزی را وابسته به برنامهریزی یکپارچه در زمینه کاربری اراضی و مدیریت در مقیاس حوضه میبیند 5 - و. - 6 برنامهریزی برای کاربری اراضی در زمینه مدیریت آبخیزداری بر فرآیندهای مختلف فیزیکی تأثیر میگذارد که به طور مستقیم محیطزیست و اکوسیستم را تحت تأثیر قرار میدهد و یک چارچوب یکپارچه از دانش در علوم اجتماعی و طبیعی برای برنامهریزی و تصمیمگیری فراهم میکند . - 7 -
مدلهای هیدرولوژیکی مبتنی بر کامپیوتر ابزار ضروری برای برنامهریزی منابع آب، توسعه و مدیریت هستند، زیرا آنها قادر به شبیهسازی طولانیمدت اثرات فرآیندهای حوضه و فعالیتهای مدیریتی هستند . - 8 - ارزیابی بهترین شیوههای مدیریت - BMPs - 1 نیز با مدلهای هیدرولوژیکی حوضه تسهیل شده است 9 - و. - 10 علاوه بر این، این مدلها با شبیهسازی برنامههای مختلف حفاظت میتوانند برای طراحی سیاست کاهش تخریب کیفیت آب و خاک با تعیین برنامه-های حفاظت مناسب برای حوضه مورد استفاده قرار داد . - 11 -
مدلهای هیدرولوژیکی باید به درستی منعکس کننده تغییرات در کاربری اراضی، مدیریت کشاورزی و اثرات آنها بر جریان باشند. Arnold و همکاران - 12 - شش ویژگی مهم یک مدل هیدرولوژیکی را ذکر کردهاند که عبارت است از: راندمان محاسباتی، جزییات فضایی با کیفیت بالا، ورودی با دسترسی آسان، پیوستگی زمانی، توانایی شبیهسازی سناریوهای مدیریت زمین و توانایی ارائه نتایج مناسب. اجرای این مدلها اغلب نیاز به سیستمهای اطلاعات جغرافیایی - GIS - ، سنجش از دور، و پایگاه دادههای متعدد برای توسعه پارامترهای ورودی مدل و برای تجزیه و تحلیل و نمایش نتایج شبیهسازی دارد . - 13 -
مدل ابزار ارزیابی آب و خاک - SWAT2 - میتواند در قالب یک سیستم شبیهسازی مناسب با قابلیتهای فراوان برای پیشبینی و ارزیابی تحولات ناشی از برنامهریزیها در آینده مورد استفاده قرار گیرد و ابزاری مناسب برای برنامهریزی ملی و منطقهای خواهد بود. این سیستم قابلیت به کارگیری دادههای مختلف را به شکل وسیعی حتی در سطح کلان خواهد داشت . - 14 -
در مطالعات متفاوت از این مدل استفاده میشود که از این موارد میتوان به شبیهسازی روزانه انتقال نیتروژن و چرخه آب با سناریوهای مختلف آب و هوایی در آینده - 15 - ، بررسی سناریوهای مختلف کاربری اراضی - 16 - ، شبیهسازی تمام فرایندهایی مانند کیفیت آب، رسوب و چرخه عناصر غذایی در حوضه رودخانه - 17 - Thur، تحقیق اثربخشی اقدامات حفاظت در اثر ارزیابی برنامه حفاظت - 18 - USDA و تخمین مؤلفههای آب آبی، آب سبز و ذخیره آب سبز در افریقا - 19 - ، اشاره کرد.
-2 مواد و روشها
1؛-2 منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز دریاچه ارومیه با مساحت 52000 کیلومترمربع در شمالغربی ایران واقع شده و بزرگترین دریاچه داخل کشور را دربرگرفته است. سهم استانهای آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی و کردستان به ترتیب برابر با 41، 39 و 10 درصد میباشد و حدود 10 درصد مساحت آن را نیز خود دریاچه ارومیه و شورهزارهای اطراف آن پوشانده است - شکل . - 1
مجموعه اقدامات مدیریتی صورت گرفته در حوضه دریاچه ارومیه باعث شده است که این حوضه در چند دهه اخیر تغییرات عمدهای را تجربه نماید. توسعه کشاورزی و صنعت، افزایش جمعیت و ایجاد الگوهای توسعه نیازمند منابع آب و زمین بیشتر، موجب افزایش مصرف آبو نتیجتاً کاهش آب ورودی به دریاچه ارومیه و کاهش ذخایر آب آن و نهایتاً خشک شدن تدریجی و برهم خوردن تعادل اکولوژیکی این پیکره آبی گردیده است.
2؛-2 مدل SWAT
مدل SWAT براساس گامهای زمانی روزانه و برای پیشبینی تأثیر کاربری اراضی و مدیریت آب، رسوب و کشاورزی طراحی شده است. اجزای اصلی مدل عبارتند از: آب و هوا، آب شناسی، درجه حرارت خاک و خواص، رشد گیاه، مواد مغذی، آفتکشها، باکتریها و عوامل بیماریزا و مدیریت زمین. در SWAT واحدهای مکانی با عنوان واحد پاسخ هیدرولوژیکی - HRUs3 - که از شرایط همگن زمین، مدیریت، توپوگرافی و خاک تشکیل میشود.
3؛-2 آمادهسازی دادهها
برای شبیهسازی حوضه آبریز در مدل SWAT لایههای متفاوتی نیاز است که در شکل 2 نمایش داده شده است. لایه DEM منطقه مطالعاتی با اندازه پیکسل 30 متری تهیه شده است. با توجه به موقعیت ایستگاههای هیدرومتری و سدها، زیرحوضهها تولید شدند. ترکیب لایههای بالا منجر به تولید واحدهای کوچکتری به نام واحدهای همگن هیدرولوژیکی - HRU - می-شود که در آنها شیب، نوع خاک و کاربری اراضی یکسان میباشد.
